با پیشرفت قدرت محاسبات ، توسعه دهندگان به دنبال راه هایی برای سریعتر و کارآمدتر برنامه ها هستند. یک رویکرد قدرتمند است برنامه نویسی موازی، که به برنامه ها اجازه می دهد تا چندین کار را همزمان انجام دهند ، به طور قابل توجهی زمان اجرای برای عملیات پیچیده را کاهش می دهد.
برنامه نویسی موازی چیست؟
برنامه نویسی موازی یک مدل برنامه نویسی است که یک کار را به کارهای زیر کوچکتر تقسیم می کند و آنها را به طور همزمان با استفاده از چندین پردازنده یا هسته اجرا می کند. این با برنامه نویسی متوالی متفاوت است ، جایی که وظایف یکی پس از دیگری انجام می شود.
مفاهیم کلیدی
- همزمانی: چندین کار با گذشت زمان پیشرفت می کند (ممکن است همزمان اجرا نشود).
- موازی: وظایف واقعاً همزمان بر روی چندین هسته یا پردازنده اجرا می شوند.
- موضوعات و فرآیندها: واحدهای اعدام که می توانند به طور مستقل اجرا شوند.
- هماهنگ سازی: تضمین سازگاری داده ها در هنگام دسترسی به چندین موضوع به منابع مشترک.
- شرایط مسابقه: رفتار ناخواسته ناشی از دسترسی غیر هماهنگ به داده های مشترک.
زبانها و ابزارها
-
پایتون:
multiprocessingباthreadingباconcurrent.futures - C/C ++: نخ های Posix (pthreads) ، OpenMP ، cuda برای موازی سازی GPU
- جاوا: موضوعات ، مجریان خدمات ، چارچوب چنگال/پیوستن
- برو: گوروتین ها و کانال های داخلی برای همزمانی سبک وزن
مثال ساده در پایتون
import concurrent.futures
import time
def worker(n):
time.sleep(1)
return n * n
with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor() as executor:
results = executor.map(worker, range(5))
for result in results:
print(result)
انواع موازی سازی
- موازی سازی داده ها: تقسیم داده ها به تکه ها و پردازش به طور موازی.
- موازی سازی کار: وظایف مختلف همزمان با موضوعات جداگانه اجرا می شود.
- موازی سازی خط لوله: وظایف تقسیم شده به مراحل پردازش شده به ترتیب اما همزمان.
مزایای برنامه نویسی موازی
- اجرای سریع محاسبات در مقیاس بزرگ
- استفاده بهتر از CPU
- بهبود عملکرد و پاسخگویی برنامه
چالش هایی که باید در نظر بگیرید
- اشکال زدایی و آزمایش پیچیده
- شرایط مسابقه و بن بست
- سربار هماهنگ سازی
- محدودیت های مقیاس پذیری به دلیل محدودیت سخت افزار یا نرم افزار
موارد استفاده در دنیای واقعی
- شبیه سازی علمی
- پردازش تصویر و فیلم
- آموزش مدل یادگیری ماشین
- تجزیه و تحلیل داده های مالی
- موتورهای بازی و برنامه های زمان واقعی
پایان
برنامه نویسی موازی یک تغییر دهنده بازی برای نرم افزارهای مهم عملکرد است. در حالی که پیچیدگی را معرفی می کند ، تسلط بر اصول آن ، درب برنامه های پر سرعت و مقیاس پذیر را باز می کند. کوچک را با نخ اصلی شروع کنید ، سپس محاسبات توزیع شده و GPU را کشف کنید تا تمام پتانسیل های آن را باز کنید.
