1. Párhuzamosság a számítástechnikában, modellek

Question 1

Miről is van szó?

Answer 1

Esetünkben az a lényeg, hogy egy feladat megoldását mennyire tudjuk párhuzamosítással gyorsítani. Így kétféle párhuzamosságról beszélhetünk:
 Rendelkezésre álló: a feladatban rejlő párhuzamosság, csak elméleti
 Kihasználható: a végrehajtás során valóban hasznosított párhuzamosság
A cél természetesen, hogy a kihasznált párhuzamosságot minél jobban közelítsük a rendelkezésre állóhoz.
Architektúrák, operációs rendszerek, fordító programok (compilerek) törekednek a rendelkezésre álló párhuzamosság kihasználására.

Question 2

Ezek alapján a számítástechnikában beszélhetünk két kategóriáról

Answer 2

1. Adatpárhuzamosság

2. Funkcionális párhuzamosság

Question 3

Adatpárhuzamosság

Answer 3

Lényege: az adatelemeken párhuzamos/futószalag elvű műveletvégzés.
Ehhez vannak kifejezetten adatpárhuzamos architektúrák.
Az adatpárhuzamosság átalakítható funkcionálissá úgy, hogy a műveleteket ciklus iterációkban fogalmazzuk meg.

Question 4

Funkcionális párhuzamosság

Answer 4

Lényege: ez a feladat logikájából adódó párhuzamosság. Egy feladat megoldása során mindig ott van, kisebb, nagyobb mértékben.
Innentől a funkcionális párhuzamosságot parancsnyelveken írt programokon értelmezzük.

Question 5

Parancsnyelv

Answer 5

Kérelmet fogalmaz meg az OS kernel kiszolgáló rutinja felé.

Question 6

Parancsnyelvek esetén különböző szinteken értelmezhetjük a funkcionális párhuzamosságot:

Answer 6

1. Utasításszintű párhuzamosság: programutasítások párhuzamosan, akadály » függőségek
2. Ciklusszintű párhuzamosság: ciklus iterációk párhuzamosan ahelyett, hogy egymás után
   hajtódnának végre. A függőségek itt is akadályt jelentenek.
3. Eljárásszintű párhuzamosság: eljárások párhuzamosan
4. Programszintű párhuzamosság: egymástól független programok egymás mellett,
   párhuzamosan futtatva (time sharing)
5. Felhasználószintű párhuzamosság: több felhasználó egyidejű kiszolgálása
   Ez csak a parancsnyelvek esetén való ÉRTELMEZÉS!

Question 7

Valóban KIHASZNÁLHATÓ funkcionális párhuzamosságok

Answer 7

1. Utasítás szinten való kihasználás lehetőségei
2. Szálakkal és folyamatokkal való kihasználás
3. Felhasználói szinten hasznosított párhuzamosság

Question 8

Utasítás szinten való kihasználás lehetőségei

Answer 8

a. utasítás szinten párhuzamos architektúrák (ILP)

b. erre a célra szolgáló fordítóval (VLIW)

Question 9

Szálakkal és folyamatokkal való kihasználás

Answer 9

Szál: a tárgykód legkisebb önállóan végrehajtható egysége. Ezek mivel kis, elemi egységek bizonyos feltételek mellett párhuzamosíthatók.
Szál és folyamat létrehozásának lehetőségei:
 Párhuzamos nyelvet használ a programozó (Pl.: Fork-Join modell)
 A többszálas vagy többfeladatos működést támogató operációs rendszer gondoskodik róla
 Magas szintű programnyelvek párhuzamos fordítója gondoskodik a
párhuzamosságról
A ciklus és eljárás szintű párhuzamosságot is szálak és folyamatok formájában hasznosítjuk!

Question 10

Felhasználói szinten hasznosított párhuzamosság

Answer 10

Ez egyértelmű, több felhasználó egyidejű kiszolgálása.

Question 11

Szemcsézettség (felbontás) [lehet alacsony-magas is] (A kihasználható funkcionális párhuzamosság szintjei)

Answer 11

(Szemcsézettség: fentről lefelé Finom » Durva)

• Utasításszint
• Szál szint
• Folyamat szint
• Felhasználói szint

Question 12

Rendelkezésre álló párhuzamosság és annak kihasználása

Answer 12

Rendelkezésre álló párhuzamosság - Annak kihasználása:
Utasítás szinten - Utasítás szinten
Ciklus szinten - Szál szinten
Eljárás szinten - Folyamat szinten
Felhasználói szinten - Felhasználói szinten
Vagyis alacsony szinten közvetlenül tudjuk kihasználni a rendelkezésre álló párhuzamosságot (utasításszintű párhuzamos architektúrák segítségevel). Magasabb szinten már „trükközni” kell, többszálas, többfeladatos OS-ek alatti konkurens vagy párhuzamos végrehajtásra van szükség.