多核编程基础:并发并行原理与实践
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更新于2024-07-23
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"多核编程入门"
这篇文档是关于多核编程的入门教程,涵盖了并发与并行的概念,多核体系架构,内存模型,以及不同级别的并发策略。作者强调了多核编程的难点,并提供了Linux线程核绑定的介绍,包括核亲和性和资源控制工具cgroup。此外,文档深入讨论了内存模型中的操作原子性、缓存一致性、顺序一致性等关键概念,还涉及到了各种锁机制如信号量、自旋锁、读写锁等。最后,文档提到了无锁编程、并发数据结构和开源库的应用,以及多核技术在实际工程实践中的应用,如网络设备、网络游戏和手机开发。
1. **并发与并行的区别**:
- **串行**:指任务一个接一个地执行,同一时刻只有一个任务在运行。
- **并发**:多个任务在宏观上看似同时进行,但实际可能是交替执行。
- **并行**:真正意义上的同时执行,多个任务在同一时刻在不同的处理器或核心上执行。
2. **多核体系架构**:
- **多核处理器定义**:包含两个或更多独立处理单元的处理器。
- **发展趋势**:随着技术进步,多核成为提升计算能力的主要途径。
- **例子**:文档可能详细介绍了多核处理器的结构。
- **Linux线程核绑定**:通过设置核亲和性,将线程固定在特定的处理器核心上,优化性能。
3. **内存模型**:
- **操作原子性**:保证操作不可分割,不被中断。
- **缓存一致性**:多核系统中,各核的缓存如何保持数据的一致性。
- **顺序一致性**:描述内存访问的顺序规则,包括内存屏障的使用来防止乱序执行。
4. **并发级别**:
- **WAIT-FREEDOM**:所有操作都不需要等待其他操作完成。
- **LOCK-FREEDOM**:无需使用锁实现并发,如使用无锁数据结构。
- **OBSTRUCTION-FREEDOM**:无阻塞并发,避免了线程被阻塞。
- **BLOCKINGALGORITHMS**:使用阻塞操作,如互斥量、条件变量等。
5. **锁机制**:包括信号量、自旋锁、读写锁、顺序锁和RCU(Read-Copy-Update)等。
6. **无锁编程**:一种避免使用锁的并发编程方法,提高并发性能。
7. **并发数据结构与开源库**:介绍了一些开源库,比如无锁哈希表,并给出了性能对比测试。
8. **多核工程实践**:举例说明多核技术在INTEL DPDK网络设备、网络游戏和手机开发中的应用。
9. **参考**:列出相关资源,供进一步学习。
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