77324

ЭФФЕКТИВНОСТЬ НИТЕЙ В СИСТЕМАХ С ОБЩЕЙ ПАМЯТЬЮ

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Бахтерев ИММ УрО РАН Екатеринбург Традиционно считается что в системах с общей памятью разбивать вычисление на параллельно выполняющиеся задачи эффективней при помощи нитей а не процессов. Когда же уточняют то говорят о контексте исполнения связанным с TLB Trnsltion Lookside Buffer специальный кэш ускоряющий трансляцию виртуальных адресов в физические который нужно сбрасывать и заполнять новыми значениями при переключении процессора на исполнение разных процессов и которой можно не изменять при переключении на исполнение нитей одного...

Русский

2015-02-02

29.5 KB

0 чел.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ НИТЕЙ В СИСТЕМАХ С ОБЩЕЙ ПАМЯТЬЮ

М.О. Бахтерев

ИММ УрО РАН

Екатеринбург

Традиционно считается, что в системах с общей памятью разбивать вычисление на параллельно выполняющиеся задачи эффективней при помощи нитей, а не процессов. Это обычно обосновывают тем, что переключения контекста исполнения процессора с процесса на процесс намного затратней, чем его переключение с нити на нить. Но говоря о таких затратах, редко уточняют, что именно представляет собой этот контекст исполнения. Когда же уточняют, то говорят о контексте исполнения, связанным с TLB (Translation Lookaside Buffer - специальный кэш, ускоряющий трансляцию виртуальных адресов в физические), который нужно сбрасывать и заполнять новыми значениями при переключении процессора на исполнение разных процессов, и которй можно не изменять при переключении на исполнение нитей одного процесса. Считают, что именно эти дополнительные операции с TLB делают нити более эффективными в сравнении с процессами. Однако в подобных рассуждениях не учтено следующее.

 1. Большинство архитектур процессоров с поддержкой виртуальной памяти позволяют хранить в TLB трансляции для разных процессов. Достигается это поддержкой сегментации или механизмов управления адресными пространствами. Такими были и процессоры SPARC, в операционной системе для которых (SunOS 4.x) впервые появился современный вариант нитей. Вероятнее всего, поддержка нитей была предложена компанией SUN действительно для решения проблемы с чрезмерно высокими накладными расходами переключения контекста исполнения процессора на новый процесс, но этот контекст был связан не с TLB, а с кэшами процессора, которые работали по виртуальным адресам. Но в современных процессорах такие кэши почти не встречаются.

2. Объём TLB ограничен. Поэтому обработка больших объёмов данных, которые обычно возникают в супервычислениях, требует и в случае нитей интенсивного обновления TLB в ходе расчёта.

3. Требуемое семантикой нитей общее адресное пространство «бесплатно» образуется только при выполнении нитей на одном процессоре (один TLB). Когда нити выполняются на множестве процессоров, то каждое действие с адресным пространством: выделение или освобождение памяти, расширение стека - требует согласованного управления TLB всех процессоров, задействованных в вычислении. А для этого управления необходимы выполнение критических секций и в некоторых случаях (например, освобождение памяти) прерывание работы нитей. Кроме этого, дополнительные накладные расходы могут быть связаны со сложностью структуры общего адресного пространства. Ведь, даже если программа не предполагает совместное использование некоторых областей этого пространства, их захват и освобождение должны быть согласованы между нитями. Каждый захват при этом усложняет структуру пространства и увеличивает время выполнения последующих операций с памятью.

Таким образом, с нитями и процессами связаны два типа накладных расходов. Со стороны процессов: большая интенсивность операций с TLB. Со стороны нитей: дополнительные сложности поддержки общего адресного пространства. Так как априори не ясно, при помощи какой математической модели можно определить, какой вид издержек менее затратен, мы сравнили эти накладные расходы экспериментально. Для этого были написаны многонитевая и многопроцессорная версии программ для 4-ёх вычислительных нагрузок: умножение матриц хранящихся как построчно, так и плиткой, управление памятью, расчёты с интенсивными обменами. Наши результаты показывают, что во многих случаях нити не только не являются более эффективным средством декомпозиции вычисления на задачи, но и существенно проигрывают в этой эффективности процессам.

Работа выполнена при поддержке программы Президиума РАН № 18 "Алгоритмы и математическое обеспечение для вычислительных систем  сверхвысокой производительности", а также проекта 12-П-1-1034 УрО РАН.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70963. РЕАЛІЗАЦІЯ ПРОЕКТУ ЕЛЕКТРОННОГО ЖУРНАЛУ В СУЧАСНІЙ ШКОЛІ 136 KB
  Шкільний електронний журнал це програмний комплекс для зберігання та обробки інформації про успішність учнів виконаний у вигляді клієнтсерверного додатка й орієнтований на застосування в освітньому закладі; це програма у якій інформація про уроки оцінки і домашні завдання...
70966. ОСТОРОЖНО: ДЕТИ! ЧТО НУЖНО МОЛОДОМУ ПОКОЛЕНИЮ ОТ РАБОТОДАТЕЛЕЙ 209 KB
  Поколение Y — молодые люди, выходящие из стен вузов на рынок труда в последние годы, вызывают немало поводов для беспокойства. Социологи США уже провели несколько исследований и сочли этих людей ленивыми, нелояльными, поверхностными, безответственными...
70967. Управление персоналом. Мирные формы насилия 138.78 KB
  Поэтому если в банках финансовых структурах и других организациях с высшим уровнем консерватизма дресс-код должен регулироваться международными правилами бизнес этикета и протокола то в компаниях более свободных от таких жестких правил деловой образ может быть любым во многом индивидуальным.
70968. Новый тип личности посткризисного периода. Социальный контекст и вызовы нового времени 405.46 KB
  Только то что написано придает человеку существование так как называет его. Грубо говоря если в одной ситуации приходится соглашаться на то что является неприемлемым в другой то встает вопрос об универсальности принципов и внутренних норм личности.
70969. Что такое справедливость в России сегодня? 122.37 KB
  Надо заметить что вообще о справедливости начинают говорить именно тогда когда на наших глазах происходит огромная несправедливость которая прямо или косвенно касается всех или почти всех. Великие философы пытались сформулировать общие для всех объективные как бы заданные природой...