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高性能并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng):設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高性能并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng):設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

出版社：機(jī)械工業(yè)出版社出版時(shí)間：2023-12-01
開本： 16開 頁數(shù)： 258
中 圖 價(jià):¥76.3(7.0折) 定價(jià)  ¥109.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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高性能并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng):設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 版權(quán)信息

高性能并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng):設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本書特色

本書首先簡要回顧了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)架構(gòu)的主要概念，特別關(guān)注并行代碼的性能以及并行編程模型中的相關(guān)概念。然后，轉(zhuǎn)向用于實(shí)現(xiàn)并行編程模型的基本算法，討論它們?nèi)绾闻c現(xiàn)代處理器交互。為了證明架構(gòu)問題的普遍性，本書展示了當(dāng)代多核處理器的性能。本書中的關(guān)鍵算法和概念都以易于理解的方式進(jìn)行討論，并且用許多具體示例、圖表和源代碼片段進(jìn)行說明。
本書的目標(biāo)讀者是研究編譯器構(gòu)造、并行編程或編程系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生。對(duì)用于實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的核心算法感興趣的軟件開發(fā)人員，或者需要為需要本書中討論的算法和概念的項(xiàng)目自學(xué)的軟件開發(fā)人員，也將從閱讀本書中受益。
讀者可以在https://github.com/parallel-runtimes/lomp找到本書的源代碼。

高性能并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng):設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 內(nèi)容簡介

本書聚焦于當(dāng)今高性能多核處理器的并行編程系統(tǒng)的理論和實(shí)踐方面，探討實(shí)現(xiàn)并行編程模型所需的關(guān)鍵算法的有效實(shí)現(xiàn)。此類實(shí)現(xiàn)需要考慮底層計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的特定體系結(jié)構(gòu)方面以及執(zhí)行環(huán)境提供的功能。本書簡要回顧了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵概念，特別關(guān)注并行代碼的性能以及并行編程模型中的相關(guān)概念。然后，本書轉(zhuǎn)向用于實(shí)現(xiàn)并行編程模型的基本算法，并討論它們?nèi)绾闻c現(xiàn)代處理器交互。雖然本書將重點(diǎn)介紹一般機(jī)制，但我們將主要使用英特爾處理器體系結(jié)構(gòu)來舉例說明所討論的實(shí)現(xiàn)概念，但也將在適當(dāng)?shù)那闆r下介紹其他處理器體系結(jié)構(gòu)。所有的算法和概念都以一種易于理解的方式進(jìn)行了討論，并附有許多示例、圖表和源代碼片段。

高性能并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng):設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 目錄

Contents　目　錄
譯者序
序
前言
術(shù)語表
第1章　緒論1
1.1　本書結(jié)構(gòu)1
1.2　探索設(shè)計(jì)空間2
1.2.1　作為庫的并行3
1.2.2　作為語言的并行5
1.3　代碼示例6
1.4　機(jī)器配置6
第2章　并行編程模型與概念9
2.1　多進(jìn)程與多線程9
2.1.1　線程基礎(chǔ)11
2.1.2　線程親和性14
2.1.3　基于線程編程的OpenMP API14
2.1.4　工作分享15
2.1.5　OpenMP線程親和性18
2.2　基于任務(wù)的并行編程19
2.3　同步構(gòu)造22
2.3.1　鎖與互斥22
2.3.2　同步障、歸約和閉鎖24
2.3.3　任務(wù)同步障26
2.3.4　任務(wù)依賴28
2.4　阿姆達(dá)爾定律31
2.4.1　呈現(xiàn)性能結(jié)果32
2.4.2　對(duì)性能的影響34
2.4.3　將開銷映射到阿姆達(dá)爾定律中35
2.4.4　阿姆達(dá)爾定律變體35
2.5　總結(jié)37
第3章　眾核與多核計(jì)算機(jī)架構(gòu)39
3.1　執(zhí)行機(jī)制39
3.1.1　馮·諾依曼架構(gòu)與按序執(zhí)行40
3.1.2　按序流水線執(zhí)行42
3.1.3　亂序執(zhí)行44
3.1.4　分支預(yù)測47
3.1.5　超標(biāo)量執(zhí)行48
3.1.6　同步多線程49
3.1.7　單指令多數(shù)據(jù)52
3.2　現(xiàn)代內(nèi)存子系統(tǒng)54
3.2.1　內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)54
3.2.2　內(nèi)存模型與內(nèi)存一致性58
3.2.3　緩存62
3.2.4　緩存一致性：概述62
3.2.5　緩存一致性：MESI協(xié)議62
3.2.6　性能影響66
3.2.7　非統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)70
3.3　總結(jié)72
第4章　編譯器和運(yùn)行時(shí)的交互73
4.1　編譯器基礎(chǔ)73
4.2　基于任務(wù)的并行模型的實(shí)現(xiàn)76
4.2.1　lambda函數(shù)和閉包77
4.2.2　TBB中的排隊(duì)任務(wù)79
4.3　并行編程語言的編譯器80
4.4　并行代碼生成模式83
4.4.1　并行域的代碼生成83
4.4.2　線程并行循環(huán)的代碼生成85
4.4.3　SIMD并行循環(huán)的代碼生成88
4.4.4　串行構(gòu)造的代碼生成91
4.4.5　靜態(tài)任務(wù)的代碼生成93
4.4.6　動(dòng)態(tài)任務(wù)的代碼生成94
4.5　OpenMP實(shí)現(xiàn)示例97
4.5.1　GNU編譯器套件97
4.5.2　Intel編譯器和LLVM編譯器99
4.6　總結(jié)102
第5章　并行運(yùn)行時(shí)基本機(jī)制103
5.1　管理并行性103
5.1.1　生成并行性103
5.1.2　等待104
5.2　并行性管理與硬件結(jié)構(gòu)105
5.2.1　檢測硬件結(jié)構(gòu)105
5.2.2　線程固定107
5.3　并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中的內(nèi)存管理108
5.3.1　內(nèi)存效率及緩存使用109
5.3.2　單線程內(nèi)存分配器109
5.3.3　多線程內(nèi)存分配器112
5.3.4　并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的專用內(nèi)存
　　　分配器113
5.3.5　線程本地存儲(chǔ)114
5.3.6　線程對(duì)象的數(shù)據(jù)布局116
5.4　總結(jié)117
第6章　互斥和原子性118
6.1　互斥問題118
6.1.1　鎖的硬件支持：原子指令120
6.1.2　ABA問題122
6.2　我們應(yīng)該寫鎖代碼嗎123
6.3　鎖的類別124
6.4　鎖算法的特性124
6.5　鎖算法127
6.5.1　測試并設(shè)置鎖128
6.5.2　測試及測試并設(shè)置鎖129
6.5.3　票鎖130
6.5.4　排隊(duì)鎖131
6.6　實(shí)際代碼性能133
6.6.1　無爭用鎖開銷133
6.6.2　爭用鎖的吞吐量134
6.6.3　性能總結(jié)136
6.7　如何等待138
6.8　事務(wù)同步143
6.8.1　事務(wù)語義144
6.8.2　MESI協(xié)議中的實(shí)現(xiàn)145
6.8.3　事務(wù)指令146
6.8.4　事務(wù)鎖146
6.8.5　互斥和預(yù)測的比較149
6.9　其他串行操作149
6.9.1　master和masked構(gòu)造149
6.9.2　single構(gòu)造150
6.10　原子操作151
6.10.1　原子指令映射151
6.10.2　*小值和*大值的原子實(shí)現(xiàn)153
6.11　總結(jié)155
6.11.1　鎖總結(jié)155
6.11.2　原子操作總結(jié)155
第7章　同步障和歸約156
7.1　同步障基本原理157
7.2　同步障性能測量158
7.2.1　同步障微基準(zhǔn)程序159
7.2.2　同步障性能模型161
7.3　同步障組件161
7.3.1　計(jì)數(shù)器和標(biāo)志161
7.3.2　廣播163
7.4　同步障算法分類166
7.5　同步障算法166
7.5.1　計(jì)數(shù)同步障166
7.5.2　多對(duì)多同步障169
7.5.3　蝶形/超立方體同步障170
7.5.4　傳播型同步障172
7.5.5　樹形簽入同步障174
7.6　歸約178
7.7　其他優(yōu)化182
7.8　總結(jié)183
第8章　調(diào)度并行循環(huán)185
8.1　調(diào)度目標(biāo)185
8.2　調(diào)度效率的理論極限186
8.3　基本調(diào)度方法188
8.3.1　靜態(tài)循環(huán)調(diào)度188
8.3.2　動(dòng)態(tài)循環(huán)調(diào)度189
8.4　映射為規(guī)范形式189
8.5　編譯器循環(huán)轉(zhuǎn)換191
8.6　循環(huán)調(diào)度單調(diào)性193
8.7　靜態(tài)循環(huán)調(diào)度實(shí)現(xiàn)194
8.7.1　分塊式循環(huán)調(diào)度195
8.7.2　塊循環(huán)式循環(huán)調(diào)度195
8.8　動(dòng)態(tài)循環(huán)調(diào)度實(shí)現(xiàn)196
8.8.1　指導(dǎo)式調(diào)度197
8.8.2　monotonic:dynamic199
8.8.3　nonmonotonic:dynamic201
8.9　循環(huán)調(diào)度評(píng)估203
8.10　其他循環(huán)調(diào)度方案207
8.10.1　使用歷史信息208
8.10.2　用戶控制調(diào)度208
8.11　總結(jié)208
第9章　任務(wù)并行模型的運(yùn)行時(shí)
　　　　支持210
9.1　任務(wù)描述符210
9.2　任務(wù)池實(shí)現(xiàn)211
9.2.1　單任務(wù)池212
9.2.2　多任務(wù)池217
9.3　任務(wù)同步223
9.3.1　等待任務(wù)子集完成224
9.3.2　等待直接子任務(wù)完成227
9.3.3　任務(wù)依賴231
9.4　任務(wù)調(diào)度234
9.4.1　任務(wù)調(diào)度點(diǎn)234
9.4.2　廣度優(yōu)先調(diào)度和深度優(yōu)先
　　　調(diào)度235
9.4.3　任務(wù)竊取236
9.5　任務(wù)調(diào)度約束239
9.5.1　棧調(diào)度239
9.5.2　循環(huán)調(diào)度240
9.6　其他任務(wù)主題241
9.6.1　任務(wù)優(yōu)先級(jí)241
9.6.2　任務(wù)親和性243
9.7　總結(jié)245
第10章　總結(jié)和感想246
附錄　技術(shù)縮略語248
參考文獻(xiàn)251
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高性能并行運(yùn)行時(shí)系統(tǒng):設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 作者簡介

Michael Klemm是一位高性能計(jì)算專家，他主要研究高性能計(jì)算應(yīng)用程序、并行編程、編譯器和運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)的性能調(diào)整以及編程語言的設(shè)計(jì)。Jim Cownie是ACM杰出工程師，曾任Intel高級(jí)首席工程師。他曾是LLVM中OpenMP運(yùn)行時(shí)的組件所有者。他喜歡滑雪。

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