多核编程技术.ppt

第8章 多核并发（并行）程序设计 目 录 8.1 什么是多核并发(并行)程序设计 8.2 为什么要学习多核程序设计 8.3 多核并发程序设计环境及开发方法 8.4 IXP2400平台上多核程序并发（并行） 设计 8.1 什么是多核并发（并行）程序设计 8.1.1 并发与并行的区别是什么？ 并发与并行是两个既相似而又不相同的概念：并发性，又称共行性，是指能处理多个同时性活动的能力；并行是指同时发生的两个并发事件，具有并发的含义，而并发则不一定并行，也亦是说并发事件之间不一定要同一时刻发生。 本课程中并发和并行概念基本相同,都包含同时性,同时并发的概念含义更广泛一些。 8.1 什么是多核并发（并行）程序设计 8.1.2 什么是并行计算？ 并行计算是相对于串行计算来说的，所谓并行计算分为时间上的并行和空间上的并行。 时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。 并行计算科学中主要研究的是空间上的并行问题。 空间上的并行导致了两类并行机的产生，按照Flynn的说法分为：单指令流多数据流（SIMD）和多指令流多数据流（MIMD）。我们常用的串行机也叫做单指令流单数据流（SISD）。 8.1.3 什么是多核处理器？ 两个或多个独立运行的内核集成于同一个处理器上面 双核处理器 =一个处理器上包含2个内核 多核处理器 = 一个处理器上包含2个或多个内核 8.1 什么是多核并发（并行）程序设计 8.1.4 为什么要采用多核技术？ 8.1 什么是多核并发（并行）程序设计 最终目标: 提升用户的体验 通过并行方式改进处理器的性能 8.1 什么是多核并发（并行）程序设计 几种不同的技术 HT – Hyper Threading: 2 threads running on the same processor core 处理器上的某些资源会被共享 使用相同的缓存和运算器 DC – Dual Core: 2 execution cores in the same processor package 共享系统总线 与双处理器的性能相同 DP/MP – Dual/Multi-Processing: 2 or more processors in the same system 只共享系统总线，独立缓存 高性能，资源冲突少 8.1 什么是多核并发（并行）程序设计 双核技术 VS. 超线程技术 双核是真正意义上的双处理器 不会发生资源冲突 每个线程拥有自己的缓存、寄存器和运算器 一个3.2GHz Smithfield在性能上并非等同于3.2GHz P4 with HT 的2倍 HT 使处理器的性能至少提升了1/3 双核的性能相当于2块 non-HT 处理器 多核技术与超线程技术的结合 AMD与Intel双核架构的对比 DualCore、SMP、Cluster 8.2 为什么要学习多核程序设计 8.2.1 背景：科学技术的发展呼唤巨大的、不断增长的计算能力 中长期天气预报。每增加一天，要求计算速度增加一个数量级。三天 百万次/sec，四天 千万次/sec，五天亿次/sec 信息战。关键是对信息的处理速度，如雷达信息的处理 地震预报预测 石油勘测 生物信息处理 …… 8.2.2 提高计算能力的基本途径 器件：新工艺（超大规模集成电路） 新材料（生物计算机、光计算机） 系统结构的改进：主要是克服Von Neumann的瓶颈问题。 流水线计算机、向量计算机、多处理机、并行计算机、集群。 8.2.3 现实状况 计算能力几乎提高了上万倍，但是，实际的并行计算能力提高只有几十倍。 原因：不能利用计算机的并行处理能力。也就是没有解决并行计算中的并行程序设计的问题。 其核心问题是并行算法 8.3 多核并发（并行）程序设计环境 及开发方法 8.3.1 硬件系统 并行计算机系统分类 按指令与数据分 SIMD，MIMD，SPMD，MPMD 按存储方式分 共享内存，分布式内存，分布式共享内存 8.3 多核并发（并行）程序设计环境及开发方法 指令与数据 SIMD(Single-Instruction Multiple-Data)，同时用相同的指令对不同的数据进行操作 MIMD(Multiple-Instruction Multiple-Data)，同时有多条指令对不同的数据进行操作 SPMD(Single-Program Multuple-Data)，同时执行相同的程序对不同数据操作 MPMD(Multiple-Program Multuple-Data)，同时