Как стать автором
Обновить
39.89

Параллельное программирование *

Распараллеливаем вычисления

Сначала показывать
Порог рейтинга
Уровень сложности

Вы все еще пишете многопоточку на C++ с ошибками синхронизации?

Уровень сложностиСредний
Время на прочтение11 мин
Количество просмотров20K
Привет, коллеги! В этой статье я покажу свой подход к написанию многопоточного кода, который помогает избежать типовых ошибок, связанных с использованием базовых примитивов синхронизации.

Демонстрация идеи будет проходить на живых примерах кода на современном C++. Большинство описанных решений я применял сначала на собственных проектах, а теперь часть этих подходов уже используется в нашей собственной микроядерной операционной системе «Лаборатории Касперского» (KasperskyOS).

Сразу хочу оговориться, что тема многопоточности — очень большая и серьезная. И эта статья — не полноценный анализ проблем многопоточки, а только частНЫе (но довольно частЫе) кейсы, когда мы вынуждены использовать мьютексы.
Читать дальше →
Всего голосов 50: ↑51.5 и ↓-1.5+53
Комментарии129

Новости

Самый простой и подробный гайд по конкурентным коллекциям в C#

Уровень сложностиПростой
Время на прочтение18 мин
Количество просмотров16K


Когда несколько потоков обращаются к общим ресурсам, должна быть обеспечена потокобезопасность, чтобы избежать повреждения данных и неожиданного поведения.

Конкурентные коллекции в C# предлагают встроенные механизмы для обработки конкурентного доступа, что делает их мощным инструментом в программировании с конкурентным доступом.

В рамках статьи я попробую объяснить System.Collections.Concurrent настолько, насколько это возможно, включая примеры и сценарии использования. Также будет затронута тема сравнения с неизменяемыми (immutable) и замороженными (frozen) коллекциями.
Читать дальше →
Всего голосов 64: ↑62 и ↓2+60
Комментарии26

Разобраться раз и навсегда: Task.WhenAll или Parallel.ForEachAsync в C#

Уровень сложностиСредний
Время на прочтение6 мин
Количество просмотров16K


Все хотят писать код, который работает быстро. Часто мы сидим, просматривая написанные алгоритмы и пытаясь понять, что можно сделать, чтобы настроить их производительность. В таком случае часто прибегают к параллельному выполнению задач. Конечно, если можно выполнять задачи параллельно и делать эту работу одновременно, то ожидаемо общее количество времени на обработку сократиться.

Если быстро посмотреть на результаты, которые появляются в интернете при поиске советов по реализации подобных вещей, то можно увидеть, что есть как много похожих, так и различных предложений от различных программистов. В какой-то момент поиска вы, вероятно, столкнётесь с поиском идеей использования Task.WhenAll или Parallel.ForEachAsync.

При чтении некоторых из этих материалов будет видно много различных противоречивых ответов как на StackOverflow, так и по всему интернету. Сегодня я собираюсь сравнить эти два метода с помощью определённых бенчмарков, которые стравят их друг против друга, чтобы, наконец, выяснить применимость каждого из двух методов.
Читать дальше →
Всего голосов 58: ↑57 и ↓1+56
Комментарии18

Простейшая нейросеть: еще раз и подробнее

Время на прочтение10 мин
Количество просмотров53K

Машинное обучение это незаменимый инструмент для решения задач, которые легко решаются людьми, но не классическими программами. Ребенок легко поймет, что перед ним буква А, а не Д, однако программы без помощи машинного обучения справляются с этим весьма средне. И едва ли вообще справляются при минимальных помехах. Нейросети же уже сейчас решают многие задачи (включая эту) намного лучше людей. Их способность обучаться на примерах и выдавать верный результат поистине очаровывает, однако за ней лежит простая математика. Рассмотрим это на примере простого перцептрона.
Данная статья представляет собой пересказ-конспект первой части книги Тарика Рашида "Создай свою нейросеть" для тех, кто начал изучать тему, не понял отдельные детали или с трудом охватывает общую картину.

Читать далее
Всего голосов 97: ↑96 и ↓1+95
Комментарии26

Истории

Почему мьютексы в Rust реализованы именно так

Время на прочтение17 мин
Количество просмотров13K

Я часто слышу от пробующих работать с Rust системных программистов жалобы на мьютексы и особенно на Rust Mutex API. Жалобы обычно выглядят так:

  • Они не хотят, чтобы мьютекс содержал данные, только блокировку.
  • Они не хотят управлять «защитным» значением, разблокирующим мьютекс при сбросе, в частности, они просто хотят вызывать операцию unlock, потому что им кажется, что это более явное действие.

Такие изменения превратили бы Rust mutex API в эквивалент C/Posix mutex API. Однажды я даже видел, как один разработчик пытался использовать Mutex<()> и разные хитрости, чтобы его имитировать.

Однако у такого стремления есть проблема: эти два аспекта Mutex неразрывно связаны друг с другом, а также с гарантиями безопасности Rust в целом — изменение одного из них или обоих откроет возможности для возникновения незаметных багов и повреждений из-за гонок данных.

Использование API мьютексов в стиле C, состоящего из набора косвенно защищаемых данных и из функций lock и unlock было бы опрометчивым в Rust, потому что это позволяет безопасному коду легко вносить ошибки, нарушающие безопасность памяти и вызывающие гонки данных.

Прозвучит спорно, но я утверждаю, что это справедливо и для C. Просто в Rust это более очевидно, поскольку Rust тщательно разделяет понятия «безопасного» кода, в который невозможно внести подобные ошибки, и «небезопасного» кода, в который можно вносить такие ошибки. В C такого разделения нет, и в результате этого использующий мьютексы код на C может тривиальным образом создавать серьёзные баги, которые потенциально можно подвергать эксплойтам.

В этом посте я разберу типичный C mutex API, сравню его с типичным Rust mutex API, и расскажу о том, что произойдёт, если мы изменим Rust API так, чтобы он напоминал C.
Читать дальше →
Всего голосов 60: ↑60 и ↓0+60
Комментарии26

Баг в ядре Linux и как правильно жаловаться

Время на прочтение7 мин
Количество просмотров14K

Я работаю системным программистом в компании КриптоПро. Нередко мои задачи связаны с ошибками, которые лежат на самом нижнем уровне современных операционных систем, под которые мы пишем ПО. Я хочу поведать тебе, Хабр, об одной из таких ошибок и о том, как я жаловался на неё разработчикам.

Я отвечаю за поддержку одной из наших библиотек с C-интерфейсом, написанной на C и C++. Мой коллега из другого отдела сообщил, что его нагрузочный тест нашей библиотеки на C# в Linux выдаёт ошибку в хитром сценарии: нужно иметь два процесса по пять потоков, делающих некоторые идентичные вызовы. Если процесс один, а потоков много, то проблема не проявляется. Если процессов два, но в каждом по одному потоку, то проблема не проявляется. Путём просмотра исходников нагрузочного теста и логов работы библиотеки удалось перенести проблему в маленький юнит-тест на C++ с использованием нашего API.

Узнать, что же это было
Всего голосов 94: ↑90 и ↓4+86
Комментарии39

Модели памяти C++ и CLR

Время на прочтение16 мин
Количество просмотров36K

Это расшифровка-перевод доклада Саши Гольдштейна, признанного лучшим на конференции DotNext 2016 Piter. С годами этот доклад стал лишь актуальнее прежнего: появление Mac на ARM-процессорах — еще один пример, почему разработчикам сегодня нужно думать не только о x86-архитектуре.



Речь пойдет о проблемах, с которыми вы можете столкнуться при написании многопоточного кода, если вы думаете, что достаточно умны, чтоб спроектировать свои собственные механизмы синхронизации.


То, что подходит процессорам Intel на архитектурах x86 и x86-64, может не подойти другой архитектуре. Как только вы перенесете свой код на другой процессор, например, на ARM для iPhone и Android, есть вероятность, что он перестанет работать как надо. Проблемы могут быть как очевидными (воспроизводиться с первого-второго раза), так и не очень (возникать только раз в миллион итераций). Вполне вероятно, что такие баги могут добраться до продакшна. Сегодня .NET и, конечно, C++ можно использовать не только на Windows и Intel, но и на других платформах, так что доклад будет полезен многим разработчикам.


Дисклеймер: статья предназначена для продвинутых читателей. Смотрите на свой страх и риск. За частое упоминание барьеров памяти и изменения порядка исполнения инструкций она получила возрастное ограничение 18+.
Читать дальше →
Всего голосов 72: ↑71 и ↓1+70
Комментарии4

Симуляция подъёмной силы Ньютона методом частиц на CUDA

Время на прочтение22 мин
Количество просмотров14K

https://www.youtube.com/playlist?list=PLwr8DnSlIMg0KABru36pg4CvbfkhBofAi


Как-то на Хабре мне попалась довольно любопытная статья “Научно-технические мифы, часть 1. Почему летают самолёты?”. Статья довольно подробно описывает, какие проблемы возникают при попытке объяснить подъёмную силу крыльев через закон Бернулли или модель подъёмной силы Ньютона (Newtonian lift). И хотя статья предлагает другие объяснения, мне бы всё же хотелось остановиться на модели Ньютона подробнее. Да, модель Ньютона не полна и имеет допущения, но она даёт более точное и интуитивное описание явлений, чем закон Бернулли.


Основной недостаток этой модели — это отсутствие взаимодействия частиц газа друг с другом. Из-за этого при нормальных условиях она даёт некорректные результаты, хотя всё ещё может применяться для экстремальных условий, где взаимодействием можно пренебречь.


Я же решил проверить, что же произойдёт в модели Ньютона если её улучшить. Что если добавить в неё недостающий элемент межатомного взаимодействия? Исходный код и бинарники получившегося симулятора доступны на GitHub.


Перед тем как мы начнём, я бы хотел сразу обозначить, что это статься не о физике самой модели. Эта статья о GPGPU-программировании. Мы не будем рассматривать физические свойства самой модели, потому что она груба и не подходит для настоящих расчётов. И всё же, эта неточная модель даёт куда более интуитивное описание явления подъёмной силы, чем закон Бернулли.

Всего голосов 66: ↑65 и ↓1+64
Комментарии46

Вычисление центра масс за O(1) с помощью интегральных изображений

Время на прочтение12 мин
Количество просмотров15K


Интегральное изображение ― алгоритм, позволяющий эффективно вычислять сумму значений, заключенных в прямоугольном подмножестве многомерного массива. Сама его идея восходит к исследованиям многомерных функций распределения вероятностей, и до сих пор он находил успешное применение в тех областях, которые непосредственно используют теорию вероятностей в качестве основного инструментария. Например, в распознавании образов.

Сегодня мы рассмотрим любопытный случай, как применить интегральные изображения в кардинально другой сфере ― вычислительной физике. А именно ― посмотрим, что будет, если вычислить с их помощью центр масс поля импульсов, и какую выгоду можно извлечь из этого симбиоза.

В этой статье я расскажу:

  • Что за задача такая, о которой идет речь;
  • Подробнее об интегральных изображениях;
  • Как использовать интегральные изображения для приближенного решения гравитационной задачи N тел применительно к дискретному полю импульсов (масс-скоростей);
  • Какой недостаток имеет это решение и как его исправить;
  • И, наконец, как за константное время вычислить центр масс для произвольного региона.
Читать дальше →
Всего голосов 68: ↑68 и ↓0+68
Комментарии22

От «Цветорасширителя для ZX-Spectrum» до ZX-Poly

Время на прочтение12 мин
Количество просмотров15K

"Цветорасширитель для ZX-Spectrum" — так называлась статья, опубликованная в эхе fido7.zx.spectrum 3 августа 1997 года. Статья описывала идею решения одной из главных проблем платформы ZX-Spectrum — конфликта атрибутов (attribute clash). Публикация вызвала в то время определенный интерес, про технические детали и историю вопроса я и хотел бы рассказать.


ZX-Poly logo


Не буду залезать глубоко в технические подробности и просто структурно опишу идею и решение.

Всего голосов 64: ↑62 и ↓2+60
Комментарии23

Как не ошибиться с конкурентностью в Go

Время на прочтение12 мин
Количество просмотров32K

Почему мы вообще хотим писать конкурентный код? Потому что процессоры перестали расти по герцовке и начали расти по ядрам. С каждым годом увеличивается количество ядер процессора, и мы хотим их эффективно утилизировать. Go — тот язык, который создан для этого. В документации так и написано.


Мы берём Go, начинаем писать конкурентный код. Конечно, ожидаем, что легко сможем обуздать мощь каждого ядра нашего процессора. Так ли это?


Меня зовут Артемий. Этот пост — вольная расшифровка моего доклада с GopherCon Russia. Он появился как попытка дать толчок людям, которые хотят разобраться, как писать хороший, конкурентный код.



Видео с конференции GopherCon Russia

Всего голосов 62: ↑58 и ↓4+54
Комментарии16

С Днём Программиста

Время на прочтение3 мин
Количество просмотров25K

День Программиста традиционно отмечается в 256-й день года. Число 256 выбрано потому, что это количество чисел, которые можно выразить с помощью одного байта (от 0 до 255).


Все мы выбрали эту профессию по-разному. Кто-то вышел на нее случайно, кто-то выбрал специально, но теперь все мы трудимся вместе над одним общим делом: мы создаем будущее. Создаем прекрасные алгоритмы, заставляем эти коробочки работать, работать и еще раз работать, даря людям новые профессии и возможности для самовыражения… Даря людям возможность общаться друг с другом, зарабатывать на жизнь… Мы создаем для людей некоторую — ныне ставшую совершенно незаметной — часть реальности, которая стала настолько привычной и неотъемлемой частью нашей жизни, словно она стала законом природы. Подумайте сами: можно ли представить сегодня мир без интернета, смартфонов, компьютеров? Будь то вирусописатель или программист детских игрушек… Каждый из нас изменил чью-то жизнь…


Если задуматься, то мы создаем из ничего, а наш материал — мысль. Наше полотно — код программы на любимом нами языке. И язык этот — способ проекции мысли. Способ говорить. Именно поэтому у нас так много языков: ведь все мы — разные и мыслим мы по-разному. Но мы прежде всего — творцы. Как писатели, которые, создавая в своих произведениях миры со своими законами, свойствами и делами оживляют фантазию читателя, наши миры возникают в некой связке машины и человека, становясь для каждого из нас чем-то большим, чем текстом программы.


Почему?
Всего голосов 86: ↑73 и ↓13+60
Комментарии57

Десять лет программирования на Erlang

Время на прочтение14 мин
Количество просмотров20K

Я присоединился к сообществу Erlang около 10 лет назад, посреди первой фазы хайпа. Нам говорили, что Erlang — это будущее конкурентности и параллелизма. Реализовать их на этом языке проще и быстрее всего, и вы ещё получите бесплатную распределённость. В то время будущее казалось невероятным. Виртуальная машина недавно получила поддержку SMP, но чтобы действительно использовать все процессоры, приходилось запускать на одном компьютере несколько виртуальных машин.

Я хочу поразмышлять о прошедшем десятилетии. В этой статье я расскажу о фазах хайпа в отношении Erlang, о лестнице идей в языке и о её возможном влиянии на распространение языка, о том, через какие перемены я прошёл за эти 10 лет. И в заключение поделюсь своими мыслями о том, что Erlang ещё предстоит привнести в сообщество программистов в целом.
Всего голосов 71: ↑69 и ↓2+67
Комментарии11

Ближайшие события

Пишем на Rust + CUDA C

Время на прочтение6 мин
Количество просмотров16K

Всем привет!

В данном руководстве хочу рассказать как подружить CUDA C/С++ и Rust. И в качестве примера напишем небольшую программу на Rust для вычисления скалярного произведения векторов, вычисление скалярного произведения будет производиться на GPU с использованием CUDA C.

Кому интересно под кат!
Читать дальше →
Всего голосов 58: ↑58 и ↓0+58
Комментарии44

Задача N тел или как взорвать галактику не выходя из кухни

Время на прочтение34 мин
Количество просмотров46K



Не так давно я прочёл фантастический роман «Задача трёх тел» Лю Цысиня. В нём у одних инопланетян была проблема — они не умели, с достаточной для них точностью, вычислять траекторию своей родной планеты. В отличии от нас, они жили в системе из трёх звёзд, и от их взаимного расположения сильно зависела «погода» на планете — от испепеляющей жары до леденящего мороза. И я решил проверить, можем ли мы решать подобные задачи.
Читать дальше →
Всего голосов 177: ↑177 и ↓0+177
Комментарии127

Откуда растут ноги у Java Memory Model

Время на прочтение19 мин
Количество просмотров75K
Современное железо и компиляторы готовы перевернуть с ног на голову наш код, лишь бы он работал быстрее. А их производители тщательно скрывают свою внутреннюю кухню. И все прекрасно, пока код выполняется в одном потоке.

В многопоточной среде можно волей-неволей наблюдать интересные вещи. Например выполнение инструкций программы не в том порядке, как написано в исходном коде. Согласитесь, неприятно осознавать, что выполнение исходного кода строчка за строчкой это всего лишь наша фантазия.

Но все уже осознали, ведь жить с этим как-то надо. А Java программисты даже неплохо живут. Потому что в Java есть модель памяти — Java Memory Model (JMM), которая предоставляет достаточно простые правила для написания корректного многопоточного кода.

И правил этих достаточно для большинства программ. Если вы их не знаете, но пишите или хотите писать многопоточные программы на Java, то лучше как можно скорее ознакомиться с ними. А если знаете, но вам не хватает контекста или интересно узнать откуда растут ноги у JMM, тогда статья может вам помочь.
Читать дальше →
Всего голосов 55: ↑53 и ↓2+51
Комментарии10

Мифы о кэше процессора, в которые верят программисты

Время на прочтение6 мин
Количество просмотров74K
Как компьютерный инженер, который пять лет занимался проблемами кэша в Intel и Sun, я немного разбираюсь в когерентности кэша. Это одна из самых трудных концепций, которые пришлось изучить ещё в колледже. Но как только вы действительно её освоили, то приходит гораздо лучшее понимание принципов проектирования систем.

Вы можете удивиться: зачем же разработчику ПО думать о механизме кэширования в CPU? Отвечу. С одной стороны, многие понятия из концепции когерентности кэша непосредственно применимы в распределённых системах и на уровнях изоляции СУБД. Например, представление реализации когерентности в аппаратных кэшах помогает лучше понять разницу в моделях согласованности (консистентности) — отличие строгой согласованности (strong consistency) от согласованности в конечном счёте (eventual consistency). У вас могут появиться новые идеи, как лучше обеспечить согласованность в распределённых системах, используя исследования и принципы из аппаратного обеспечения.

С другой стороны, неправильные представления о кэшах часто приводят к ложным утверждениям, особенно когда речь идёт о параллелизме и состоянии гонки. Например, часто говорят о трудности параллельного программирования, потому что «у разных ядер в кэшах могут быть разные/устаревшие значения». Или что квалификатор volatile в языках вроде Java нужен, чтобы «предотвратить локальное кэширование общих данных» и принудительно «читать/записывать только в основную память».
Читать дальше →
Всего голосов 75: ↑70 и ↓5+65
Комментарии72

Go: Хороший, плохой, злой

Время на прочтение26 мин
Количество просмотров63K

У Go есть некоторые замечательные свойства, которым посвящён раздел «Хороший». Но когда речь заходит о применении этого языка не для создания API или сетевых серверов (для чего он и был разработан), а для реализации бизнес-логики, то я считаю Gо слишком неуклюжим и неудобным. Хотя даже в рамках сетевого программирования найдётся немало подводных камней как в архитектуре языка, так и в реализации, что делает Go опасным, несмотря на его кажущуюся простоту.

Читать дальше →
Всего голосов 113: ↑109 и ↓4+105
Комментарии190

Физическое моделирование на GPU с использованием compute shader в среде Unity3D

Время на прочтение17 мин
Количество просмотров37K
В этом руководстве я расскажу, как использовать compute shader для реализации вычислений на видеокарте — на примере модели волос:
Всего голосов 51: ↑51 и ↓0+51
Комментарии8

Доделал игру, работающую на видеокарте

Время на прочтение3 мин
Количество просмотров87K
Наконец-то я доделал игру, которая работает на видеокарте. Она несколько месяцев повисела в раннем доступе на стиме, и теперь я её окончательно выпустил. Основная фишка игры в том, что она представляет собой физическую симуляцию, которая выполняется на графическом процессоре. Основной код игры — это огромный compute shader, 6 тысяч строк на HLSL. Десятки тысяч взаимодействующих частиц обрабатываются параллельно, и выходит довольно быстро. Всё в игре сделано из этих частиц. Вот несколько гифок о том, как это работает:

image
Читать дальше →
Всего голосов 287: ↑276 и ↓11+265
Комментарии187

Вклад авторов