C++多核高级编程 ' 第3章

第3章 多核编程的挑战

3.1 什么是顺序模型

3.2 什么是并发

从以下三个方面应对并发的挑战：软件开发、软件部署、软件维护；

3.3 软件开发

软件开发生命周期（SDLC,Software Development Life Cycle）；

主要SDLC活动：规格说明（Specifications），设计（Design），实现（Implementation），测试和评价（Testing and evaluation），维护（Maintenance）；

软件开发方法：敏捷编程、边做边改、极限编程、增量编程、面向对象、快速原型、螺旋式、结构化、瀑布；

SDLC与多核编程的关系：一定的软件开发方法对应一定的工具集、语言和库，进而决定了实现多处理和多线程的方法；

3.3.1 挑战1：软件分解

软件解决方案的分解实际上是工作分解结构（WBS,Work Breakdown Structure）或架构制品（AA,Architectural Artifacts）；

WBS：将问题或解决方案分成需要执行的任务，使用任务驱动模型，使用过程式模型；

AA：将问题或解决方案分为人、地点、事物和想法的集合，使用面向对象或关系驱动模型，使用声明式模型；

分解遵从模型所使用的部分、过程和结构，合适的分解方案建立在合适的模型选取上；

3.3.2 挑战2：任务间通信

进程间通信（IPC,Interprocess Communication）机制：命令行参数、环境变量、文件描述符、具有加锁功能的文件、管道、共享内存、消息队列、信号量、Socket；

3.3.3 挑战3：多个任务或agent对数据或资源的并发访问

问题1：数据竞争

如果两个或多个任务试图同时更改共享数据，而且数据的最终值取决于哪个任务先到达，则产生竞争条件；

当两个或多个任务试图同时更新相同的数据资源时，称竞争条件为数据竞争；

问题2：死锁

问题3：无限延期

如果一个或多个任务被挂起，等待一些永远不会发生的状况或事件，就被称为无限延期；

3.3.4 挑战4：识别并发执行的任务之间的关系

同步关系：

a、start-to-start：A启动后B才能启动；

b、finish-to-start：A结束后B才能启动；

c、start-to-finish：B结束后A才能启动；

d、finish-to-finish：B结束后A才能结束；

计时考虑：有时候同步关系需要增加上特定的计时信息，这意味着在涉及同步关系时，需要考虑时间和事件；

3.3.5 挑战5：控制任务之间的资源争夺

3.3.6 挑战6：需要多少个进程或线程

线程间的通信和处理器的同步都有一定的成本；

3.3.7 挑战7和挑战8：寻找可靠的、可重现的调试和测试

3.3.8 挑战9：与拥有多进程组件的设计的相关人员进行沟通

UML图：

a、结构/架构图：组件图、部署图；

b、行为图：状态/并发状态图、顺序图、协作图、活动图；

3.3.9 挑战10：在C++中实现多处理和多线程

C++没有内置并发模型而是通过库来支持多处理和多线程；

3.4 C++开发人员必须学习新的库

Single UNIX Specification Version 3提供的实现并行化的工具：POSIX线程（pthread）、POSIX spawn函数、exec系列函数；

3.5 处理器架构的挑战

性能最优还是平台兼容的考虑

3.6 小结