Ferramentas para Programação em Processadores Multi-Core

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1 Ferramentas para Programação em Processadores Multi-Core Prof. Dr. Departamento de Informática Universidade Federal de Pelotas Sumário Introdução Arquiteturas multi-core Programação multithread Prática de programação Considerações finais Programa de Verão 2008 Petrópolis,. 1 2 Sumário Introdução Arquiteturas multi-core Programação multithread POSIX Threads pthreads OpenMP Prática de programação Considerações finais Microsoft CLR Common Language Runtime 2002 C#, C++, Visual Basic.NET, JScript Implementação livre: Mono Máquina virtual Interface de alto nível, explorando os conceitos de orientação a objetos Exemplos neste texto: C# 3 4

2 Primeiro programa using System; using System.Threading; Criação do objeto que contém o código a ser executado public class OiMundo { public static void codigo() { Console.WriteLine("Oi mundo"); Thread.Sleep( ); public static void Main() { int i; Thread t = new Thread( new ThreadStart( codigo ) ); t.start(); Thread.Sleep(40); t.join(); Criação de um novo fluxo de execução Membros da classe Thread (alguns métodos) Construtor Recebe um método estático (delegate) Start() Dispara a execução de um thread Join() / Join( Int32 ) Sincroniza a execução corrente com o término do thread associado ao objeto indicado, podendo ser indicado um tempo máximo de espera Sleep( Int32 ) O thread é suspenso pelo tempo indicado e força escalonamento 5 6 Membros da classe Thread (alguns métodos) Abort Sinaliza o thread para que ele interrompa sua execução Suspend() Suspende a execução do thread Resume() Retoma a execução do thread suspenso Membros da classe Thread (alguns atributos públicos) Name String que pode conter um string para identificar o thread Priority Indica a prioridade do thread: Highest, AboveNormal, Normal, BelowNormal ou Lowest ThreadState Indica o estado do thread: Aborted, AbortRequested, Background, Running, Stopped, StopRequested, Suspendend, SuspendRequested, Unstarted, WaitSleepJoin 7 8

3 Exemplo: manipulação de membros public class Exemplo_1 { public static void codigo() { try { // código do thread catch( ThreadAbortException e ) { // código de término induzido finally { // código padrão de término public static void Main() { Thread t = new Thread( new ThreadStart( codigo ) ); t.nome = "Meu thread"; t.start(); t.sleep(0); t.abort(); Comando lock lock( object ) { seção crítica public class Cofrinho { private Object ctrlock = new Object(); private int saldo; public void deposita( int val ) { lock( crtlock ) { saldo = saldo + val; public void saca( int val ) { lock( crtlock ) { saldo = saldo - val; 9 10 Esquema: Monitor classe Monitor Métodos estáticos: void Enter( Object ); Sincroniza acesso ao monitor controlado pelo objeto indicado bool TryEnter( Object ); Se o monitor está preso, retorna imediatamente com o valor false, se obteve acesso, retorna true bool TryEnter( Object, Int32 ); Permite aguardar (um tempo em milisegundos) para obter acesso ao monitor, caso este esteja preso. Caso obtenha o monitor, retorna true, caso contrário, retorna false void Exit( Object ); Libera o monitor Esquema: Monitor classe Monitor Exemplo: Note que o uso de cláusulas try/finally não é obrigatório, no entanto resulta em robustez ao código, uma vez que permite tolerância à ocorrência de exceções. Monitor.Enter( crtmonitor ); try { // código no monitor finally { Monitor.Exit( crtmonitor ); 11 12

4 Esquema: Mutex classe Mutex Métodos: Construtor Inicializa o mutex void WaitOne(); Sincroniza acesso ao monitor controlado pelo objeto indicado. O mesmo thread pode requisitar o mesmo mutex várias vezes sem ocorrer bloquamento void RealeaseMutex(); Libera o mutex Esquema: Mutex classe Mutex Exemplo: Note o uso das cláusulas try/finally class Contador { private static Mutex m = new Mutex(); private int contador = 0; public void Passagem() m.waitone(); try { contador++; finally { m.releasemutex(); Operações atômicas: classe Interlocked Métodos estáticos: Int32 Increment( ref Int32 ); Incrementa o conteúdo da variável e retorna o novo valor Int32 Decrement( ref Int32 ); Decrementa o conteúdo da variável e retorna o novo valor Int32 Exchange( ref Int32, Int32 ); O conteúdo da variável em referência recebe o novo valor informado e é retornado o valor original Int32 CompareExchange( ref Int32, Int32, Int32 ); Se os dois últimos parâmetros forem iguais, o primeiro parâmetro recebe o conteúdo do segundo. O valor retornado é o valor inicial do primeiro parâmetro. Operações atômicas: classe Interlocked Métodos estáticos, exemplos: Int32 Increment( ref Int32 ); Interlocked.Increment( ref i ); Int32 Decrement( ref Int32 ); Interlocked.Increment( ref i ); Int32 Exchange( ref Int32, Int32 ); Interlocked.Exchange( ref i, 0 ); Int32 CompareExchange( ref Int32, Int32, Int32 ); Interlocked.CompareExchange( ref erro, nerro, toler ); 15 16

5 Modelo M:N Redução de custos de manipulação (criação, término, escalonamento, ) Risco: aumentar o overhead com ociosidade dos threads do pool Classe PoolThread Métodos estáticos Máximo de 25 threads no pool por processador O trabalho enviado para o pool não pode ser bloqueante! Trabalho a ser realizado Código do usuário Código do usuário Classe PoolThread Exemplo: public class ManipulaPool { public static void Main() { WaitCallback trab = new WaitCallback( codigo ); ThreadPool.QueueUserWorkItem( trab ); static void codigo() { Status para os trabalhos Exemplo 2: class Examplo2 { static void Main() { WaitCallback callback; callback = new WaitCallback(PooledFunc); Console.WriteLine("Main thread. Is pool thread: {0, Hash: {1", Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread, Thread.CurrentThread.GetHashCode() ); ThreadPool.QueueUserWorkItem(callBack, "Verde"); ThreadPool.QueueUserWorkItem(callBack, "Azul"); ThreadPool.QueueUserWorkItem(callBack, "Vermelho"); Console.ReadLine(); static void codigo(object cor) { Console.WriteLine("Processing request '{0'." + " Is pool thread: {1, Hash: {2", (string)state, Informações sobre Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread, os threads Thread.CurrentThread.GetHashCode() ); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("Request processed"); 19 Exemplo 2: class Examplo2 { static void Main() { WaitCallback callback; Saída callback = new WaitCallback(PooledFunc); Console.WriteLine("Thread Main. Thread de pool: {0, Hash: {1", Main thread. Is pool thread: Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread, False, Hash: 2 Processando trabalho 'Verde'. Thread.CurrentThread.GetHashCode() pool: True, Hash: ); 4 ThreadPool.QueueUserWorkItem(callBack, "Verde"); ProcessandoThreadPool.QueueUserWorkItem(callBack, trabalho 'Azul'. pool: "Azul"); True, Hash: 8 ThreadPool.QueueUserWorkItem(callBack, "Vermelho"); Processando trabalho 'Vermelho'. Thread pool: True, Hash: 9 Console.ReadLine(); Processamento terminado! Processamento terminado! static void codigo(object cor) { Processamento Console.WriteLine("Processando terminado! trabalho '{0'." + " Thread de pool: {1, Hash: {2", (string)state, Thread.CurrentThread.IsThreadPoolThread, Thread.CurrentThread.GetHashCode() ); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("Processamento terminado!"); 20

6 Sumário Introdução Arquiteturas multi-core Programação multithread POSIX Threads pthreads OpenMP Prática de programação Considerações finais Ferramentas para Programação em Processadores Multi-Core Prof. Dr. Departamento de Informática Universidade Federal de Pelotas Programa de Verão Petrópolis,. 22