多核编程入门指南：从概念到实践

"多核编程的入门资料" 本文是一份多核编程的入门教程，旨在帮助初学者理解和掌握多核编程的基本概念和技术。内容涵盖了并发与并行的区别、多核体系架构、内存模型、并发级别、锁机制、无锁编程、并发数据结构以及多核在实际工程中的应用。 1. 并发与并行的区别 - 串行：程序按照顺序执行，同一时刻只有一个任务在执行。 - 并发：多个任务在一段时间内交替执行，给人一种同时进行的错觉，但在单核处理器上并非真正意义上的并行。 - 并行：多个任务在同一时刻真正地同时执行，需要多核或分布式系统支持。 2. 多核体系架构 - 多核处理器定义：集成两个或更多独立处理单元的处理器，每个处理单元都可以执行指令。 - 多核发展趋势：随着技术进步，多核处理器已成为主流，核心数量不断增加。 - 核心绑定：通过核亲和性绑定，可以将进程或线程固定在特定的处理器核心上，优化性能。 - cgroup：一种资源控制工具，用于限制、记录和隔离进程组使用的物理资源。 3. 内存模型 - 原子性：保证操作不可分割，避免数据竞争。硬件、总线锁和软件原子操作提供不同级别的原子性保证。 - 缓存一致性：多核系统中，确保所有处理器对共享内存的视图一致。如MESI和MOESI协议。 - 伪共享：当多个线程访问的缓存行包含同一内存位置时，会导致不必要的同步开销。 - 顺序一致性：一种强一致性模型，所有处理器看到的执行顺序必须是全局有序的。 4. 并发级别 - WAIT-FREEDOM：无等待并发，所有操作都不依赖于其他线程的状态。 - LOCK-FREEDOM：无锁并发，避免了锁的使用，提高效率。 - OBSTRUCTION-FREEDOM：无阻塞并发，即使有其他线程，也能在有限时间内完成操作。 - BLOCKINGALGORITHMS：阻塞并发，线程可能因等待资源而暂停。 5. 锁机制 - 信号量：控制对共享资源的访问，允许多个线程并发执行。 - 自旋锁：持有锁的线程释放前，其他尝试获取锁的线程会一直循环检查。 - 读写锁：区分读取和写入操作，允许多个读取线程同时访问。 - 顺序锁：用于保证数据的有序插入和访问。 - RCU（Read-Copy-Update）：用于读多写少场景，读操作无锁，写操作延迟更新。 6. 无锁编程 - 定义：不使用锁，通过原子操作和内存模型保证并发安全。 7. 并发数据结构与开源库 - 开源库如jemalloc、TBB等提供了线程安全的数据结构。 - 测试对比：无锁哈希表与基于锁的哈希表在性能上的差异。 8. 多核工程实践 - 网络设备：如Intel DPDK利用多核加速网络数据包处理。 - 网络游戏：多核优化可提升服务器性能，减少延迟。 - 手机开发：多核优化能提高移动应用的响应速度和电池寿命。 这份资料提供了全面的多核编程基础知识，包括理论和实践，对于想进入这个领域的学习者非常有帮助。