Parallel Computing in .NET: Multicore-Programmierung von .Net 2.0 bis 4.0 ; [inklusive asychroner Ausführung in .NET und Web]
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Frankfurt
Entwickler.press
2011
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| Edition: | 2., erw. Aufl. |
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 15
1.1 FUER WEN IST DIESES BUCH? 15
1.2 ZIELE DES BUCHS 16
1.3 PARALLEL COMPUTING: WARUM? 17
1.3.1 CPU: UMKEHRUNG DER ENTWICKLUNG 18
1.3.2 MULTI-CORE-PROZESSOREN 21
1.3.3 NUTZUNG VON MULTI-CORE-PROZESSOREN 21
1.4 GRUNDLAGEN 23
1.4.1 DEFINITION: PARALLEL COMPUTING 25
1.4.2 RECHNERARCHITEKTUREN 26
1.4.3 MULTITHREADING VS. PARALLEL COMPUTING 31
1.4.4 ASYNCHRONE PROGRAMMIERUNG VS. PARALLEL COMPUTING 32 1.4.5
ARBEITSWEISE 33
1.4.6 PARALLELE PROGRAMMIERMODELLE 33
1.4.7 EINTEILUNG NACH FLYNN 37
1.5 PERFORMANCEINDIKATOREN UND GESETZMAESSIGKEITEN 38 1.5.1 SPEEDUP 39
1.5.2 EFFIZIENZ 41
1.5.3 AMDAHLSCHES GESETZ 42
1.5.4 GUSTAFSON-GESETZ 45
1.5.5 MEHRAUFWAND (PARALLEL OVERHEAD) 45
1.5.6 KRITISCHE BEREICHE (LOAD IMBALANCE) 47
1.5.7 SLOWDOWN-EFFEKT 48
1.5.8 WEITERE WICHTIGE BEGRIFFE 48
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/101099168X
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
1.6 GRANULARITAET 50
1.6.1 FINE-GRAIN PARALLELISM 51
1.6.2 COARSE-GRAIN PARALLELISM 51
2 ALLGEMEINE KONZEPTE 53
2.1 REGELN FUER ERFOLGREICHES PARALLEL COMPUTING 53
2.1.1 ARBEITSVERTEILUNG 55
2.1.2 ZUSTANDSVERWALTUNG (SHARED STATE) 60
2.1.3 SELBSTBLOCKADE (DEADLOCK) 64
2.1.4 STARVATION 69
2.1.5 FEHLERBEHANDLUNG 69
2.2 PROJEKTMANAGEMENT UND PLANUNG 71
2.2.1 GRAD DER PARALLELISIERUNG 71
2.2.2 KOSTENKALKULATION 73
2.2.3 ANFORDERUNGSDEFINITION 73
2.3 MODELLIERUNGSMOEGLICHKEITEN 74
2.3.1 (PASSIVE) KLASSEN UND AKTIVE KLASSEN 75
2.3.2 KOMMUNIKATION 77
2.3.3 SYNCHRONISIERUNG 79
3 DIE BASIS: THREADS UNTER .NET 81
3.1 DAS PROZESSMODELL UNTER WINDOWS 81
3.1.1 ANATOMIE EINES THREADS 84
3.1.2 SPEICHERZUORDNUNG 86
3.1.3 KONTEXTWECHSEL UND STATE TRANSITION 89
3.2 EIN THREAD-OBJEKT ERSTELLEN 90
3.2.1 ERSTELLUNG EINES THREADS (KERNEL32.DLL) 91
3.2.2 ERSTELLUNG EINES THREADS UNTER .NET 96
3.2.3 MANAGED THREADS VS. WINDOWS THREADS 98
3.2.4 ZUSTAENDE EINES THREADS 101
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
3.3 VERWENDUNG VON .NET THREADS 103
3.3.1 WARTEN AUF EINEN THREAD 103
3.3.2 STEUERUNG VON THREADS 105
3.3.3 THREADS BEENDEN 106
3.3.4 THREAD-PARAMETER 109
3.3.5 BACKGROUND THREADS VS. FOREGROUND THREADS 113 3.4 ATOMARE
OPERATIONEN 116
3.4.1 DIE METHODEN DER INTERLOCKED-KLASSE 121
3.5 SPEICHERMODELLE 123
3.5.1 DAS SCHLUESSELWORT VOLATILE 124
3.5.2 VOLATILEWRITE UND VOLATILEREAD 126
3.6 SPEICHERZUGRIFF UND VERWALTUNG 127
4 SYNCHRONISATION VON THREADS 131
4.1 MONITOR 134
4.1.1 HINWEISE ZUR VERWENDUNG VON MONITOR 135 4.1.2 DIE MONITOR-KLASSE
RICHTIG VERWENDEN 137
4.1.3 ERWEITERTE TECHNIKEN: PULSE UND WAIT 139
4.1.4 DAS SCHLUESSELWORT LOCK 141
4.2 MUTEX 142
4.2.1 ZUGRIFFSRECHTE 144
4.2.2 MUTEX VS. MONITOR 146
4.3 SEMAPHORE 147
4.4 EREIGNISSE (EVENTS) 150
4.4.1 MANUALRESETEVENT 150
4.4.2 AUTORESETEVENT 153
4.4.3 EVENTWAITHANDLE 153
4.5 READERWRITERLOCK 156
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
5 ERWEITERTE THREAD-TECHNIKEN
5.1 WARTEN AUF THREADS 5.2 PARAMETER UND ERGEBNISSE 5.3 VERWENDUNG DES
THREADPOOLS 5.3.1 THREADPOOL-VARIANTEN
5.3.2 VERWENDUNG DES CLR-THREADPOOLS 5.3.3 ARBEITSWEISE DES
CLR-THREADPOOLS 5.3.4 LASTVERTEILUNG 5.4 KONTROLLIERTER THREAD-ABBRUCH
5.4.1 ABBRUCH MITTELS INTERRUPT 5.5 FEHLERBEHANDLUNG 5.6 EIN CHATSERVER
5.6.1 ARCHITEKTUR UND FUNKTIONSWEISE
5.6.2 DER CHATSERVER 5.7 CLIENT/SERVER-PROTOKOLL 5.7.1 SERVERVERWALTUNG
5.7.2 CHATCLIENT 5.7.3 ZUSAMMENFASSUNG
6 TASK PARALLEL LIBRARY
6.1 BESTANDTEILE 6.1.1 DATA STRUCTURES 6.1.2 CONCURRENCY RUNTIME 6.1.3
TOOLS (WERKZEUGE) 6.1.4 PROGRAMMIERMODELL 6.2 DAS TASK-KONZEPT
6.2.1 ZUSTAENDE EINES TASKS 6.2.2 MOEGLICHKEITEN DER TASK-ERZEUGUNG 6.2.3
OPTIMALE RESSOURCENNUTZUNG 6.2.4 RACE CONDITIONS, DEADLOCKS UND
RESSOURCEN
161
161 163 165 167 168
171 172 175 177 179 180
182 184 188
189 191 193
195
200 201 202 205 205
206 207 209 215 220
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS
6.3 DAS CANCELLATION FRAMEWORK 221
6.3.1 MOTIVATION 222
6.3.2 ZIELE 226
6.3.3 FUNKTIONSWEISE UND ARCHITEKTUR 227
6.3.4 BESTANDTEILE 229
6.3.5 VERWENDUNG 232
6.4 ERWEITERTE TASK-KONZEPTE 238
6.4.1 WARTEN AUF EINEN ODER MEHRERE TASKS 238
6.4.2 TASK WORKFLOWS (PROZESSKETTE) 241
6.4.3 TASK MIT RUECKGABEWERTEN 243
6.5 FEHLERBEHANDLUNG 245
6.5.1 VERSCHACHTELTE TASKS 248
6.6 SCHLEIFEN 253
6.6.1 PARALLEL.FOR UND PARELLEL.FOREACH 254
6.6.2 LOKALE SCHLEIFENVARIABLEN 255
6.6.3 SCHLEIFENABBRUCH 258
6.6.4 GRAD DER PARALLELITAET 260
6.6.5 DIE PARALLEL.INVOKE 260
6.7 CONCURRENT DATA STRUCTURES 265
6.7.1 CONCURRENTQUEUE T 266
6.7.2 CONCURRENTSTACK T 268
6.7.3 CONCURRENTBAG T 271
6.7.4 BLOCKINGCOLLECTION T 272
6.7.5 CONCURRENTDICTIONARY TKEY,TVALUE 275 6.8 SPERREN (LOCKS) 277
6.8.1 BARRIER 278
6.8.2 COUNTDOWNEVENT 281
6.8.3 MANUALRESETEVENTSLIM 283
6.8.4 SEMAPHORESLIM 284
6.8.5 SPIN WAIT UND SPINLOCK 285
IMAGE 6
INHALTSVERZEICHNIS
6.9 LAZY INITIALIZATION CLASSES 288
6.9.1 SYSTEM.LAZY T 289
6.9.2 SYSTEM.THREADING.THREADLOCAL T 291
6.9.3 SYSTEM.THREADING.LAZYLNITIALIZER 292
7 PLINQ-PARALLEL LINQ 297
7.1 FUNKTIONSWEISE 298
7.1.1 AUSFUEHRUNGSMODELL 299
7.1.2 MERGE OPTIONS 301
7.1.3 PARTITIONIERUNG DER DATEN 302
7.1.4 WITH-OPTIONEN 306
7.1.5 FEHLERBEHANDLUNG 312
7.2 VERWENDUNG VON PLINQ 313
7.2.1 DEFINITION VON ABFRAGEN MITTELS ENUMERABLE 314 7.2.2
ABFRAGEMETHODEN 315
7.2.3 QUERY EXPRESSIONS 316
7.3 LINQ ZU PLINQ: WAS IST ZU BEACHTEN? 317
7.3.1 PLINQ UND GEMEINSAME RESSOURCEN 317
7.3.2 PLINQ UND FEHLERBEHANDLUNG 321
7.3.3 PLINQ UND REIHENFOLGE 321
7.3.4 STRUKTUR VS. KLASSE 323
7.3.5 LINQ ZU PLINQ: EINIGE REGELN 325
7.4 ZUSAMMENFASSUNG 326
8 ERWEITERTE TASK-PARALLEL-TECHNIKEN 327
8.1 TASK SCHEDULER (TASK-MANAGER) 327
8.1.1 API-UEBERSICHT 331
8.1.2 LANGLAEUFIGE AUFGABEN 333
8.1.3 INLINE TASKS 335
8.1.4 STEUERUNGSMOEGLICHKEITEN 335
8.1.5 FROMCURRENTSYNCHRONIZATIONCONTEXT 337
10
IMAGE 7
INHALTSVERZEICHNIS
8.2 BENUTZERDEFINIERTE AUFGABENPLANER 345
8.2.1 TASK MIT PRIORITAET 346
8.2.2 VERWENDUNG EIGENER AUFGABENPLANER 351
8.2.3 WEITERE AUFGABENPLANER 352
8.3 TPL DATAFLOW (TDF) 352
8.3.1 ENTSTEHUNG DER TDF-BIBLIOTHEK 353
8.3.2 AUFBAU UND FUNKTIONEN DER TDF 355
8.3.3 UMSETZUNG DER TDF 356
8.3.4 VERWENDUNG DER DATAFLOW BLOCKS 361
8.3.5 LAUFZEITEIGENSCHAFTEN 366
9 PARALLEL COMPUTING IN VISUAL STUDIO 2010 371
9.1 THREADAUSWERTUNG 371
9.2 PARALLEL TASKS 372
9.3 PARALLEL STACKS 375
9.4 PERFORMANCEANALYSE 377
9.4.1 CPU-NUTZUNG 381
9.4.2 THREADANSICHT 382
9.4.3 VERTEILUNG AUF CPU-KERNE 384
9.5 PROFILING OHNE VISUAL STUDIO 2010 385
9.5.1 PROFILING DURCHFUEHREN 386
9.5.2 LAUFENDEN PROZESS AUSWERTEN 387
9.5.3 AUSWERTUNG DER LEISTUNGSDATEN 387
9.6 ZUSAMMENFASSUNG 388
10 CONCURRENCY AND COORDINATION RUNTIME 389
10.1 EINORDNUNG UND FUNKTIONSWEISE 390
10.1.1 CCR VS. TASK PARALLEL LIBRARY UND PLINQ 391 10.1.2
(GESCHAEFTS-)PROZESSE IM MITTELPUNKT 392
10.1.3 DATENFLUESSE UND KANAELE 394
10.1.4 VERMEIDUNG VON THREADS 395
11
IMAGE 8
INHALTSVERZEICHNIS
10.2 KERNBESTANDTEILE 395
10.2.1 PORTS 396
10.2.2 ARBITER 400
10.2.3 DISPATCHER UND DISPATCHERQUEUE 403
10.3 ABBILDUNG VON PROZESSEN 409
10.3.1 BEDINGUNGEN UND PROZESSFLUESSE 410
10.3.2 AUSWAHL 412
10.3.3 EINFACHE ZUSAMMENFUEHRUNG (2 PORTS) 414
10.3.4 WARTEN AUF MEHRERE PORTS 416
10.3.5 WARTEN AUF N DATEN 419
10.4 ZUSAMMENFASSUNG 421
11 PROGRAMMIERMODELLE 423
11.1 AXUM 424
11.1.1 GEMEINSAME RESSOURCEN 425
11.1.2 SPERREN - SYNCHRONISATION STATT PARALLEL 426 11.1.3 VERMEIDUNG
VON SEITENEFFEKTEN DURCH ISOLATION 428 11.1.4 AXUM BASIERT AUF DEM ACTOR
MODEL 428
11.1.5 VERWENDUNG VON AXUM 429
11.1.6 DOMAENE AGENT CHANNEL PORT 431
11.1.7 AGENT 432
11.1.8 CHANNEL UND PORT 433
11.1.9 DATENFLUSSKONZEPT 436
11.1.10 REQUEST-REPLY-MUSTER 439
11.1.11 DATENDEFINITION FUER EINEN CHANNEL 441
11.1.12 GEMEINSAME RESSOURCEN 443
11.1.13 ZUSAMMENFASSUNG 445
12
IMAGE 9
INHALTSVERZEICHNIS
11.2 SOFTWARE TRANSACTION MEMORY 445
11.2.1 PROBLEME KLASSISCHER SPERRMECHANISMEN 447 11.2.2 DEADLOCK 448
11.2.3 FUNKTIONSWEISE 448
11.2.4 TRANSAKTIONEN UND ROLLBACK-MECHANISMEN 449 11.2.5 VERWENDUNG 452
11.2.6 WEITERE FUNKTIONEN 455
11.3 ASYNCHRONE PROGRAMMIERUNG 456
11.3.1 BISHERIGE ASYNCHRONE ANSAETZE 457
11.3.2 PROBLEME BISHERIGER ASYNCHRONER ANSAETZE 459 11.3.3 TASK-BASIERTER
ASYNCHRONER ANSATZ (TAP) 460 11.4 PARALLEL COMPUTING UND JAVASCRIPT 465
11.4.1 JAVASCRIPT IM BROWSER 465
11.4.2 WEB WORKERS 466
11.4.3 ZUSAMMENFASSUNG 470
12 ZUSAMMENFASSUNG 471
STICHWORTVERZEICHNIS 473
13 |
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