多核程序设计技术 通过软件多线程提升性能 increasing performance through software multi-threadingPDF电子书下载

第1章 多核体系结构概述 1

1.1　促成软件并发的因素 2

1.2　并行计算平台 5

1.2.1　微处理器中的并行计算 7

1.2.2　超线程技术与多核体系结构的联系与区别 9

1.2.3　单核与多核平台上的多线程技术对比 11

1.3　“性能”解析 14

1.3.1　Amdahl定律 14

1.3.2　Gustafson定律：增长式回报 18

1.4　本章要点 19

第2章 多线程技术概述 21

2.1　线程的定义 22

2.2　线程的层次 22

2.2.1　操作系统之上的线程 23

2.2.2　操作系统内部的线程 26

2.2.3　硬件上的线程 30

2.3　线程创建之后的相关行为 31

2.4　应用程序设计模型与多线程技术 32

2.5　虚拟环境：虚拟机和虚拟平台 33

2.5.1　运行时虚拟化 33

2.5.2　系统虚拟化 33

2.6　本章要点 36

第3章　并行程序设计的基本概念 37

3.1　多线程设计 37

3.1.1　任务分解 38

3.1.2　数据分解 39

3.1.3　数据流分解 40

3.1.4　各种分解方式的比较 41

3.2　并行程序设计人员面临的挑战 42

3.3　并行程序设计模式 43

3.4　误差扩散问题：一个具有启发意义的例子 45

3.4.1　误差扩散算法分析 48

3.4.2　一种并行误差扩散算法 48

3.4.3　其他并行误差扩散算法 50

3.5　本章要点 52

第4章 多线程和并行程序设计结构 53

4.1 同步 53

4.2　临界段 55

4.3　死锁 56

4.4　同步原语 58

4.4.1　信号量 58

4.4.2　锁 61

4.4.3　条件变量 64

4.5 消息 66

4.6　流控制相关的概念 69

4.6.1 栅栏 69

4.6.2　栅障 69

4.7　与实现相关的多线程特征 70

4.8　本章要点 71

第5章 线程API 72

5.1　微软Windows的线程API 72

5.1.1　Win32/MFC线程API 72

5.2　微软．NET框架的线程API 107

5.2.1　创建线程 107

5.2.2　管理线程 111

5.2.3　线程池 113

5.2.4　线程同步 119

5.3 POSIX线程 122

5.3.1 创建线程 123

5.3.2　管理线程 125

5.3.3　线程同步 126

5.3.4　激发 128

5.3.5　编译与链接 137

5.4　本章要点 137

第6章　OpenMP+：一种可移植的多线程解决方案 139

6.1　将循环多线程化所面临的挑战 141

6.1.1　循环迭代相关 141

6.1.2　数据竞争 144

6.1.3　管理共享数据和私有数据 145

6.1.4　循环调度与分块 147

6.1.5　有效地使用归约 151

6.2　降低线程开销 154

6.2.1　任务分配区 156

6.3　提高程序性能的设计方法 157

6.3.1　使用Barrier和Nowait 157

6.3.2　单线程和多线程交错执行 159

6.3.3　数据的Copy-in和Copy-out 160

6.3.4　保护共享变量的更新操作 162

6.3.5　Intel OpenMP任务队列扩展 165

6.4 OpenMP库函数 167

6.5 OpenMP环境变量 169

6.6　编译 169

6.7　调试 171

6.8　性能 173

6.9　本章要点 175

第7章　常见并行程序设计问题的解决方法 176

7.1　线程过多 176

7.2　数据竞争、死锁和活锁 179

7.2.1 死锁 182

7.3　竞争激烈的锁 185

7.3.1　优先级倒置 186

7.3.2　锁竞争激烈的解决方法 187

7.4　非阻塞算法 190

7.4.1　ABA问题 192

7.4.2　cache行乒乓现象 194

7.4.3　存储空间回收问题 194

7.4.4　一些建议 195

7.5　线程安全函数和库 196

7.6　存储问题 197

7.6.1 带宽 197

7.6.2　cache的利用 198

7.6.3　存储竞争 201

7.7　cache相关的问题 204

7.7.1　伪共享 204

7.7.2　存储一致性 208

7.7.3 当前的IA-32体系结构 209

7.7.4　Itanium？体系结构 211

7.7.5 高级语言 214

7.8　避免IA-32上的流水线停顿 215

7.9　面向高性能的数据组织 216

7.10　本章要点 217

第8章　多线程调试技术 219

8.1　通用调试技术 219

8.1.1　在设计时考虑调试 220

8.1.2　使用trace缓冲扩展应用程序 222

8.2　Windows多线程程序的调试 228

8.2.1　Threads窗口 229

8.2.2　跟踪点 229

8.2.3　断点过滤 230

8.2.4　线程命名 231

8.2.5　综合讨论 232

8.3 使用GDB进行多线程调试 236

8.3.1　线程创建通告 237

8.3.2　获取应用程序中所有线程的列表 237

8.3.3　设置线程相关的断点 238

8.3.4　线程间切换 239

8.3.5　向一组线程发送命令 240

8.4　本章要点 240

第9章　单核处理器基础 242

9.1　处理器体系结构基础知识 242

9.2　超标量结构与EPIC结构的对比 249

9.3　本章要点 250

第10章 面向Intel？多核处理器的多线程技术 251

10.1　基于硬件的多线程技术 251

10.1.1　Intel处理器内的多线程技术 255

10.2　超线程技术 256

10.2.1　多处理器技术与超线程技术之间的区别 258

10.2.2　超线程体系结构 258

10.3　多核处理器 261

10.3.1 多核体系结构知识 261

10.3.2　多处理器与多核处理器的对比 264

10.3.3　Itanium？体系结构下的多核处理器 265

10.4　多个处理器之间的交互 269

10.4.1　处理器间通信与多线程程序设计 269

10.5　功耗 271

10.5.1　功耗公式 272

10.5.2　降低功耗 273

10.6　多核处理器体系结构未来发展趋势 274

10.7　本章要点 276

第11章 Intel？软件开发产品 278

11.1　概述 278

11.1.1　调研 279

11.1.2　创建／表达 279

11.1.3　调试 280

11.1.4　优化 280

11.2　Intel？线程检测器 280

11.2.1　Intel线程检测器的使用 282

11.2.2　使用提示 283

11.2.3　使用Intel？线程检测器检查OpenMP代码 285

11.3　Intel编译器 285

11.3.1　OpenMP+ 285

11.3.2　软件式推测预计算 291

11.3.3　编译器优化和cache优化 292

11.4 Intel？调试器 293

11.5　Intel库 294

11.5.1　Intel？数学核心函数库 294

11.5.2　Intel？集成式高性能原函数 295

11.5.3　使用并行库时的一些并行程序问题 296

11.5.4　未来发展趋势 297

11.5.5　Intel？线程构建模块 297

11.6　Intel？VTuneTM性能分析器 297

11.6.1　寻找热点 298

11.6.2　使用调用图来发现可采用多线程实现的地方 299

11.6.3　检查负载平衡 300

11.7　Intel？线程直方统计器 301

11.8　MPI程序设计 302

11.8.1　Intel对MPI的支持 303

11.9　本章要点 306

术语表 308

参考文献 325

索引 330