借助labview應(yīng)對(duì)多核編程的挑戰(zhàn)

1、借助 LabVIEW 應(yīng)對(duì)多核編程的本文列舉了多核編程開發(fā)們所的，并且著重介紹了 NI 公司 LabVIEW 圖形化編程環(huán)境的特點(diǎn)，它使工程師與科學(xué)家們能夠以更簡便的方式迚行多核編程。具體說來，本文主要介紹了設(shè)計(jì)并行化應(yīng)用程序構(gòu)架、處理線程同步和調(diào)試多核程序等內(nèi)容。多核技術(shù)的未來在過去幾年，處理器制造商們一直通過單純地提高時(shí)鐘頻率來提高 CPU 性能。然而近年來，處理器技術(shù)的最新趨勢(shì)變?yōu)榱说暮恕Ｒ簿褪钦f處理器制造商們正在把若干個(gè) CPU 封裝在一塊上。除了目前已經(jīng)相對(duì)成雙核與四核處理器， el 公司甚至已宣稱將在五年內(nèi)推出 80 核的處理器！圖 1 CEO Paul O lini 展示了英特爾

2、公司的 80 核處理器原型(提供)似乎這種運(yùn)算性能的無限讓可以運(yùn)行最復(fù)雜的應(yīng)用程序這聽起來真是令人興奮。同時(shí)，利用這種性能的巨大，您可以想像一下現(xiàn)有的程序?qū)⑦\(yùn)行得多快！你也許會(huì)懷疑這種事情并不會(huì)這么簡單吧？那么你猜對(duì)了，事實(shí)上確實(shí)如此。在多核處理器上開發(fā)程序要比在單核處理器上要得多。雖然多個(gè)應(yīng)用程序可以方便地運(yùn)行在不同處理器上，但是程序員們必須非常謹(jǐn)慎地編寫程序代碼，以有效利用多核技術(shù)。這意味著，在現(xiàn)今的多核處理器上運(yùn)行現(xiàn)有應(yīng)用程序，性能幾乎不會(huì)得到，即使有性能也是很小的。開發(fā)并行化代碼編寫并行程序的首要就是，確定程序中哪些部分能夠并行地執(zhí)行，然后通過代碼予以實(shí)現(xiàn)。這些可以并行執(zhí)行的代碼稱為線

3、程。因此，整個(gè)并行程序也被稱為多線程應(yīng)用程序。對(duì)于傳統(tǒng)的基于文本編程的程序員來講，他們需要在應(yīng)用程序中使用諸如 OpenMP 或IX 等 API，來明確定義這些線程。這是因?yàn)榛谖谋镜木幊谭绞皆臼谴袌?zhí)行的，所以要對(duì)并行的多線程代碼予以形象的表述是十分的。另一方面，利用 NI LabVIEW 的圖形化特點(diǎn)，程序員們可以很容易地編寫和表述并行程序代碼。不僅如此，LabVIEW 還可以為代碼中的并行部分自動(dòng)生成線程，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以很好地幫助相對(duì)缺少或者沒有編程背景的工程師和科學(xué)家們將時(shí)間用在解決實(shí)際問題中，而無需關(guān)注應(yīng)用程序的底層實(shí)現(xiàn)。圖 2 LabVIEW 和基于文本語言的多線程編程對(duì)比線程同步

4、其次，多核編程的第二個(gè)就是線程同步。當(dāng)某個(gè)應(yīng)用程序中有成千上百個(gè)線程在運(yùn)行時(shí)，須確保所有線程都能夠協(xié)調(diào)地工作。例如 ，如果兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程在同一時(shí)間企圖同一個(gè)內(nèi)存地址，那么將會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)。顯然，在應(yīng)用程序中識(shí)別可能產(chǎn)生的代碼是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。但是，通過在 LabVIEW 中以圖形化的方式創(chuàng)建程序框圖，您可以迅速開始實(shí)現(xiàn)具體的任務(wù)，將構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，而無需考慮線程同步。圖 2 給出的 LabVIEW 程序中，兩個(gè)并行的圖形化代碼段在寫入文件時(shí)都需要訪問硬盤，而 LabVIEW 可以自動(dòng)地處理這兩個(gè)線程的同步。圖 3 LabVIEW 中的自動(dòng)線程同步功能的簡單展示調(diào)試大多數(shù)的程序在第一次運(yùn)行時(shí)都無

5、法按照開發(fā)者所想地來運(yùn)行。這種情冴無論對(duì)于基于單核還是多核編寫的應(yīng)用程序來說都是一樣。為了在邏輯上確定代碼段中的功能性錯(cuò)誤，用戶必須在開發(fā)環(huán)境中利用有效的調(diào)試工具來確保應(yīng)用程序執(zhí)行正確。對(duì)于多核程序來說，調(diào)試必然帶來了更大的：您不僅需要同時(shí)多段代碼的運(yùn)行，還需要確定每段代碼在哪個(gè)核上運(yùn)行。除此以外，如果您經(jīng)常編寫多線程應(yīng)用程序，還需要處理線程交換和線程饑餓等問題，這些都是需要在調(diào)試階段確定的。LabVIEW 中則包含了若干可以極大簡化多核程序調(diào)試復(fù)雜性的特性。具體而言，您可以利用化執(zhí)行工具，將程序并行化執(zhí)行的過程快速而簡單地以圖形化的方式迚行顯示(這是由于 LabVIEW 本質(zhì)上是基于數(shù)據(jù)流的)。例如圖 3 中的簡單應(yīng)用程序，在打開式顯示出來?；瘓?zhí)行功能后，您可以容易地將并行代碼的執(zhí)行過程以圖形化的方圖 4 在 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境中對(duì)代碼運(yùn)行迚行圖形化執(zhí)行此外，LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊同時(shí)還提供了在多核處理器上迚行確定性執(zhí)行的能力以及更細(xì)致的調(diào)試功能。作為 LabVIEW 的新成員，Real-Time Execution Trace Toolkit 允許程序員們以圖形化的方式顯示指定線程是在哪個(gè)核上運(yùn)行的，從而迅速確定線程饑餓和交換等問題。圖 5 LabVIEW 8.5 執(zhí)行工具包總結(jié)總而言乊，熟悉多