學習多核編程的境界有哪些

本篇內容主要講解“學習多核編程的境界有哪些”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“學習多核編程的境界有哪些”吧!

第一層  先天·方法·策略層

***層的基本思想就是“老子是偉大的多核計算科學家”一文中所提及的幾個基本思想：“貪心”、“自私”、“偷”等。這些東西是先天存在的，是人類的一種本能，它又可以看作是方法、策略，因此把這層叫作“先天·方法·策略層”。

先天的方法策略并不限于“貪心”、“自私”、“偷”這三種，去年的SD大會上，我講過一個基于搶奪的分布式內存管理算法，說明“搶”也是一種先天的方法策略。所謂：

“人之初，性本貪，性自私，性喜偷，性喜搶。”

為避免誤解，這里先說明一下，這里所說的“偷”、“搶”和通常意義的偷、搶并不完全相同。“偷”和道家意義上的偷是同一個含義，即“不與取”之意；“搶”則是取“不歸還”之意。

昔范蠡云：“且夫天輿弗取，反受其咎”。既然上天給了我們這么多好的方法策略，不用它的話顯然是一種糟蹋。在多核編程中如何使用這些策略來進行編程，開源項目TBB中可以找到詳細的代碼例子。

第二層  目標·需求·評價層

先天的方法策略，雖然看似簡單，但要用好它并不是一件容易的事情。自私、貪心、偷、搶等先天方法既可以用來做好事，也可以用來做壞事。這就牽涉到如何評價是否用好了這些先天方法策略的問題，也就是第二層目標·需求·評價層所需要解決的問題。

并不能為了使用先天方法策略而使用它，而是用它來滿足我們的需求，到達一定的目標。那么這個需求和目標是什么呢？

在這里不想對一般的需求進行分析，只分析優化方面的需求。要達到優化，可以理解為各種資源的有效利用，可能有很多人已經有這方面的理解【1】。這些資源可以分為以下幾個方面：

1. 時間資源， 時間資源指的就是時間，比如一段程序或算法需要運行多長時間。

2. 空間資源，如內存、硬盤、網絡、各種IO設備資源等均屬于空間資源。

3. 計算資源，如CPU、GPU、各種板卡上的處理器等均屬于計算資源。

4. 能源資源，通常指的是電能的消耗量，由于全球變軟，環保問題的日益重要，這個在以往被忽視的資源也變得重要起來。

如何有效利用上述資源，并在各種資源利用間取得均衡，是制定目標和需求的基礎，也是評價程序或算法優化程度的基礎。

第三層  本質·根源·保障層

資源的有效利用，可不是一件簡單的事情。在單核時代，許多程序員已有時間資源和空間資源的利用及均衡方面的豐富經驗，那時幾乎不用考慮計算資源的利用問題，因為處理器只有一個。

然而，在多核系統中，計算資源的利用成了頭號問題，多個處理器的使用，使得程序員必須考慮如何將程序在各個處理器上并行地執行，這就牽涉到一個負載均衡問題。

負載均衡問題歷來屬于難題，由于客觀上存在大量的共享資源，各種不同的共享資源情況復雜，并不能簡單地將負載平均一下就攤到各個CPU核上去執行。那么用什么來保障負載平衡呢？如何去達到資源有效利用的***目標需求呢？

要 保障目標需求的實現，其核心就是公平、正義問題。當然，對公平、正義這兩個詞的理解，現實情況中存在多種解釋，這里采用更廣義的解釋，凡是可從正確的前提 通過邏輯推導出來的定義，均視做正義，例如自然科學中的所有公理、定理及推論，均屬于正義。在人類社會中，一些公認的道德標準、法律條文，也屬于正義。

以動態偷取的調度算法為例，一般都是設計成每個線程一次偷取一個任務，實際上已經隱含地使用公平正義對偷取的數量做了限制，倘若不如此，任由一個線程一次將隊列中所有任務都偷走，那么其他線程就偷不到任務了，這樣就會出現負載不均衡，無法有效地利用多個處理器的計算資源。

再 比如基于搶奪的內存分配算法，每個線程使用了共享內存后，它并不返回給它的屬主線程，而是據為己有，這樣時間一長，必然有某些線程占有了過多的內存資源。 為了解決這個問題，解決方法就是每次搶完后，都需要判斷一下自己占有的內存數量是否過多，過多的話則主動將一部分內存歸返給公共內存池，從而實現負載均 衡。可以看出基于搶奪的內存分配算法中也使用了公平、正義以確保負載均衡。

公 平、正義問題可以說是算法之本，全局效率之源。為什么這么說呢？不妨看看現在美國發生的次貸危機，其根本原因是由于銀行將貸款發放給無償返能力的客戶所造 成的。從公平、正義的角度看，實質上是銀行為了自身的貪心、自私，違反了基本的公平、正義問題。次貸危機的后果，無需我多言，大家均已看到。可見，沒有公 平正義，貪心、自私等先天方法策略必然會被濫用，其結果必然導致全局的不優。

由此可見，公平、正義是保障貪心、自私、偷、搶等先天方法策略得以正確使用的前提條件。本層名稱中的本質、根源、保障，說的就是公平、正義。

需 要提及的是，在人類社會的現實中，由于人是有情感的，公平正義在執行中總會存在偏差，這時就需要仁愛來彌補其不足，這也許是儒家思想能夠流傳兩千多年而不 滅的根本原因。當然，如果把仁愛思想也看作是道德標準的一部分的話，按照前面給出的正義的定義，其實仁愛也屬于正義的范疇。

第四層  算法·實現·執行層

通過上面三個層面的闡述，可以知道先天的方法策略是實現優化的基本手段，資源有效利用則是實現優化的目標需求及評價條件，公平、正義則是保障先天的方法策略合理使用的前提條件。是不是有了這幾樣東西就可以做到達成優化的最終結果呢？

答案是“非也”。如果上面那幾個東西就可以達成優化的結果，那么從街上隨便抓個人恐怕都可以寫出很好的多核程序來了，還要程序員干嘛，還要去學習多核編程的各種模式、技巧及算法干嘛？

就 像學了牛頓力學一樣，有些人可以設計出摩天大廈，造出各種機械，有些人卻啥也做不了。何也？運用好壞之不同也。要寫出好的多核程序，同樣牽涉導如何運用上 面三層中的基本原理思想方法的問題，而要用好這些基本原理思想，更多的還是要靠程序員自身的知識及能力，最終依賴于算法或程序的具體實現。就像有了道家， 儒家，卻仍然少不了法家、農家、醫家等各個領域的諸子百家。

到此，相信大家對“學習多核編程的境界有哪些”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！