MicroConsult Academy GmbH

Sie wissen, welche Probleme gelöst werden müssen, um die Prozessorleistung - insbesondere bei modernen Multicore-Systemen - bestmöglich nutzen zu können. Damit können Sie existierende Applikationen optimieren und implementieren oder neue Applikationen hinsichtlich effizienter Nutzung der Multicore-Architektur entwerfen. Mit der allgemein gültigen Behandlung der Themen im Seminar Multithread-/Multicore-Programmierung sind Sie imstande, das erworbene Wissen prinzipiell auf jede Multithreading- oder Multitasking-Plattform anzuwenden. Mit der Fülle an konkreten C- und C++-Codebeispielen verfügen Sie über einen Pool an Anwendungsbeispielen, die sowohl plattformspezifische Lösungen basierend auf Windows (Win32/64), .NET (C++/CLI) und Linux als auch plattformunabhängige Lösungen auf Basis von Pthreads, Boost, QT und C++11 enthalten.

Inhalt

Einführung

• Software früher und heute

• Prozessorarchitektur: Singlecore/ Multicore/ Manycore, Hyperthreading

• Systemarchitektur: AMP-/SMP-Systeme

Multithreading

• Task und Scheduler

• Zuordnung von Code und Daten

• Prozesse und Threads

• Scheduling-Modelle

• Singlecore-Multithreading/ Multicore-Multithreading

• Zeitscheibenverfahren

• Nebenläufige Ausführung/ parallele Ausführung

Thread-Programmierung

• Thread-Zustände

• Prioritäten, Prioritätsboost, Scheduling

• Threads und Funktionen; Reentrancy

• Threads und Objekte

• Thread-Erzeugung

• Thread-Unterbrechung

• Thread-Beendigung

Synchronisation

• Speichermodelle

• Polling

• Events

• Race Conditions

• Mutexe/ Locks/ Semaphore:

• Rekursiver Zugriff, Scoped Locking, Fairness, Prioritätsinversion, Reader-/Writer-Locks, Deadlock/ Livelock

• Condition Variable

• Atomare Zugriffe

• Lockfreie Programmierung

• Barrieren

• Einmal-Initialisierung

Kommunikation

• Möglichkeiten der Kommunikation

• Charakteristische Eigenschaften

• Typische Implementierungen:

• Message Queues, Pipes, FIFO, Netzwerk-Sockets

Multicore-Programmierung

• Wann lohnt sich Multicore?

• Amdahl'sches Gesetz

• Arten der Parallelität

• False Sharing

• Prozessor-Affinität

• Spinlocks

• Numerische Berechnungen

• Portierung

Applikationsdesign

• Thread-basiert: Thread-Pools

• Pattern-basiert: Loop Parallelism, Master/Worker, Divide And Conquer, Fork/Join, Geometric Decomposition, Pipeline Pattern

• Bibliotheks-/Framework-basiert: OpenMP, Threading Building Blocks (TBB), Task Parallel Library (TPL)

• Generelle Vorgehensweise (Best Practices)

Praktische Übungen im Kurs Multithread-/Multicore-Programmierung

• Multithread-/ Multicore-Applikationsentwicklung

• Zuverlässige Applikationsbeendigung

• Threadlokaler Speicher

• Aufspüren der Multithread-Probleme einer vorgegebenen Applikation sowie deren Behebung mithilfe unterschiedlicher Synchronisationsmechanismen

• Entwurf und Implementierung einer Client-/Server-Anwendung mithilfe geeigneter Kommunikationsmechanismen

• Optimierung eines sequenziell strukturierten Programms zur Nutzung der Rechenleistung eines Multicore-Systems

• Entwicklung einer Multithread-Applikation auf der Basis eines Design Patterns

• Laufzeitmessungen und Effizienzanalysen

• Die Übungen werden wahlweise unter Windows mit Visual Studio oder unter Linux mit Eclipse durchgeführt.