1.2.1 理解任务_Visual C++并行编程实战:多核架构下分工与协作的设计模式

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1.2.1 理解任务

12-08-13 叶孤城

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本文所属图书 > Visual C++并行编程实战:多核架构下分工与协作的设计模式

这本书所介绍的并行模式库（Parallel Patterns Library，PPL）实际上是一个模式化的C++模版库，而且作为Visual Studio 2010开发系统的一部分，它已经完全被内置到了这一版本的C++语言中。这意味着你可以像使...立即去当当网订购

所谓任务（task），实质上是指一系列相互协作、共同完成某个较大操作的串行化操作序列。当我们设计一个并行程序的结构时，为任务找到一个合适的划分粒度，以便它能有效地利用硬件资源是一个十分重要的步骤。如果分得太精细，任务的管理成本将会成为程序的主要开销；而如果分得太粗糙，就可能会导致处理器的一些内核因无法分配到工作而被闲置，令程序失去了一些并行化的机会。一般情况下，任务应该分得尽可能大，确保它们彼此独立，并且让所有的内核都保持有效负荷。除了任务粒度之外，任务调度的方式也是一项不得不考虑的因素。要符合以上所有的目标，我们就必须在设计上做出一定权衡，而只有当我们对应用程序的算法和结构有了充分的认知，才能在分解问题过程中将任务划分得恰到好处。
任务是串行化的工作单元，它们应该被分得尽可能大，在彼此独立的基础上，数量也要足以让所有内核保持有效负荷。
为了让这些设计原则显得更具体一些，我们来看一个射线追踪程序实例。在这个应用中，射线追踪器（ray tracer）负责跟踪一个场景中的每条光线轨迹，并将这些轨迹合成一张轨迹图。在这个问题中，如果我们使用单个模拟射线本身作为这个并行计算的单位任务，粒度上是恰到好处的。如果任务粒度再小一些，比如将单个模拟器再进行分解，就只会增加程序的开销。因为模拟器的数量已经足以让所有内核保持有效负荷。而如果各个任务的持续时间差距过大，我们就需要划分出更多的任务来填补它们之间的空隙。
记住，任务不等同于线程（thread），任务和线程在程序调度方面有着很大的不同。任务比线程拥有更多的潜在并行化概念。一个新的线程必然会增加应用程序的并发性，而一个新的任务只是增加了这种可能性，这种可能性只有当程序获得足够多的内核资源时才能实现。
此外，将目标任务划分成这些大而少的子任务还有另一个优点，即较大的任务通常彼此间具有更多的独立性，拥有需要共享的局部变量和域的可能性也更小。然而，遗憾的是，在一些依赖于不稳定的、大型的对象图结构（object graph）注2的应用程序中，情况或许正好相反，这些程序中往往会存在一些拥有许多公开的类、方法以及属性的大型对象模型。这种情况下，任务越大，遇到意外的数据共享或其他副作用的可能性就越高。
总而言之，你的最终目标是问题分解成各个独立的任务，确保它们之间没有数据共享，并且任务的数量足以让处理器的所有内核保持有效负荷。此外，当你考虑内核数量的时候，也应该把下一代硬件中可能拥有更多内核的因素考虑进去

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