Параллельное программирование *

Специально к старту нового потока курса Fullstack-разработчик на Python, представляем небольшой авторский обзор кроссплатформенного инструмента визуализации многопоточных программ – VizTracer. У VizTracer 57 форков и 841 звезд на Github. Настраиваемые события, отчёты в HTML, детальная информация о функциях с их исходным кодом, простота применения, отсутствие зависимостей и малый оверхед превращают VizTracer в мастхэв Python-разработчика.

Реактивное программирование — один из самых актуальных трендов современности. Обучение ему — сложный процесс, особенно если нет подходящих материалов. В качестве своеобразного дайджеста может выступить эта статья. На конференции РИТ++ 2020 эксперт и тренер Luxoft Training Владимир Сонькин рассказал о фишках управления асинхронными потоками данных и подходах к ним, а также показал на примерах, в каких ситуациях нужна реактивность, и что она может дать.

В первой части статьи рассказывалось о том, что привело к появлению реактивного программирования, где оно применяется, и что нам может дать асинхронность. Пришло время рассказать о следующем шаге, позволяющем получить максимум преимуществ от асинхронности, и это — реактивное программирование. 

Продолжаем наши исследования по выбору рациональных планов (здесь к месту использование термина  каркасов, ибо на этом этапе от конкретных технологий параллельного программирования будем абстрагироваться) выполнения параллельных программ (ПВПП) по графовому описанию
алгоритмов. Приоритетом при этом будем считать  получение ПВПП с максимальным использованием вычислительных ресурсов (собственно параллельных вычислителей), такая цель соответствует представлению о плотности кода (об этом понятии подробнее ниже).

Естественным перед началом анализа будет указание ограничений на ширину и глубину исследований. Принимаем, что многозадачность в рассматриваемых параллельных системах осуществляется простейшим путём - перегрузкой всего блока (связки) выполняющихся операторов (одновременное выполнение операторов разных программ не предполагается) или же система работает в однозадачном режиме; в противном случае высказанное в предыдущей фразе утверждение может быть неверным. Минимизация   объёма устройств временного хранения данных (описано здесь) проводиться не будет. На этом этапе исследований также не учитываются  задержки времени на обработку операторов и пересылку данных между ними (для системы SPF@home формально эти параметры могут быть заданы в файлах с расширениями med и mvr).

В предыдущей публикации была описана технология получения ПВПП на основе модели потокового (Data-Flow) вычислителя. Обычно считают, что правила выбора операторов для выполнения в такой машине подчиняются логике действия некоторых сущностей, совместно выполняющих определённые  действия – “актёров” (actors); при этом естественным образом моделируются связанные с характеристиками времени параметры обработки операторов. В общем случае при этом отдельные операторы выполняются асинхронно.  В публикации показано, что описанный принцип получения ПВПП приемлем (при выполнении несложных условий) и для машин архитектуры VLIW (Very Long Instruction Word, сверхдлинное машинное слово),  отличающихся требованием
одновременности начала выполнения всех операторов в связке. В расчётах использовали модель ILP (Instruction-Level Parallelism,  параллелизм  уровня машинных команд).

Очень часто при обсуждении многопоточности на платформе .NET говорят о таких вещах, как детали реализации механизма async/await, Task Asynchronous Pattern, deadlock, а также разбирают System.Threading. Все эти вещи можно назвать высокоуровневыми (относительно темы хабрапоста). Но что же происходит на уровне железа и ядра системы (в нашем случае — Windows Kernel)?

На конференции DotNext 2016 Moscow Гаэл Фретёр, основатель и главный инженер компании PostSharp, рассказал о том, как в .NET реализована многопоточность на уровне железа и взаимодействия с ядром операционной системы. Несмотря на то, что прошло уже пять лет, мы считаем, что никогда не поздно поделиться хардкорным докладом. Гаэл представил нам хорошую базу по работе процессора и атомнарным примитивам.

Вот репозиторий с примерами из доклада. А под катом — перевод доклада и видео. Далее повествование будет от лица спикера.

Пришло время посмотреть на тип модели классов UML, который можно встретить во множестве проектов. А ещё, увы, который часто поощряется в книгах по UML.

Идея реактивного программирования появилась сравнительно недавно, лет 10 назад. Что вызвало популярность этого относительно нового подхода и почему сейчас он в тренде, рассказал на конференции РИТ++ 2020 эксперт и тренер Luxoft Training Владимир Сонькин. 

В режиме мастер-класса он продемонстрировал, почему так важен неблокирующий ввод-вывод, в чем минусы классической многопоточности, в каких ситуациях нужна реактивность, и что она может дать. А еще описал недостатки реактивного подхода.

Эффективное использование многочисленных ядер современных процессоров — сложная, но всё более важная задача. Java была одним из первых языков программирования со встроенной поддержкой concurrency. Ее concurrency-модель, основанная на нативных тредах, хорошо масштабируется для тысяч параллельно выполняющихся стримов, но оказывается слишком тяжеловесной для современного реактивного программирования с сотнями тысяч параллельных потоков.

Ответ на эту проблему — Project Loom. Он определяет и реализует в Java новые легковесные параллельные примитивы.

Алан Бейтман, руководитель проекта OpenJDK Core Libraries Project, потратил большую часть последних лет на проектирование Loom таким образом, чтобы он естественно и органично вписывался в богатый набор существующих библиотек Java и парадигм программирования. Об этом он и рассказал на Joker 2020. Под катом — запись с английскими и русскими субтитрами и перевод его доклада.

В 80 годы прошлого века правительство Японии совершило попытку создать распределенную вычислительную систему следующего поколения с элементами ИИ. Проект закончился достаточно закономерным провалом. Причина провала достаточно проста, почему то посчитали, что простого наличия технологии производства больших интегральных схем хватит для качественного "скачка" в вычислительных технологиях (своеобразный переход качества в количество). Да, история повторилась, после изобретения компьютера, тоже была необоснованная уверенность в скором появлении ИИ и тоже провалилась.

Сейчас ИИ в основном разрабатывается как совокупность нейронов, объединенных в сеть. В свою очередь я попытался посмотреть на человеческий мозг, как на параллельную вычислительную машину. При этом не акцентируя внимание на элементах какого типа он базируется.

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+.

В публикации https://habr.com/ru/post/530078/ я рассказывал  о возможностях пото́кового (архитектуры Data-Flow, далее DF) параллельного вычислителя. Особенности выполнения программ на нём столь необычны и интересны, что о них следует сказать “два слова”. Эксперименты проводились на компьютерном симуляторе DF-машины, входящем в исследовательский комплекс для выявления параллелизма в произвольном алгоритме и выработке рационального расписания  выполнения этого алгоритма на гомогенном или гетерогенном поле параллельных вычислителей (та же публикация).

Мой новый пост был навеян последним квизом по го. Обратите внимание на бенчмарк [1]:

func BenchmarkSortStrings(b *testing.B) {
        s := []string{"heart", "lungs", "brain", "kidneys", "pancreas"}
        b.ReportAllocs()
        for i := 0; i < b.N; i++ {
                sort.Strings(s)
        }
}

Будучи удобной обёрткой вокруг sort.Sort(sort.StringSlice(s)), sort.Strings изменяет переданные ей данные, сортируя их, так что далеко не каждый (по-крайней мере, как минимум, 43% подписчиков из twitter) мог бы предположить, что это приведёт к аллокациям [выделениям памяти на куче]. Однако, по-крайней мере в последних версиях Go это так и каждая итерация этого бенчмарка вызовет одну аллокацию. Но почему?

На текущей работе пишем на Reactor. Технология классная, но как всегда есть много НО. Некоторые вещи раздражают, код сложнее писать и читать, с ThreadLocal совсем беда. Решил посмотреть какие проблемы уйдут, если перейти на Kotlin Coroutines, а какие проблемы, наоборот, добавятся.

Статья отражает личный опыт разработки CLI приложения для Linux.

В ней рассмотрен способ выполнения привилегированных системных вызовов процессом суперпользователя по запросам управляющей программы через строго описанный API.

Исходный код написан на Python для реального коммерческого приложения, но для публикации абстрагирован от конкретных задач.

Методы численного моделирования молекулярных систем, такие как молекулярная динамика, рассматривают эти системы как механические (что-то вроде набора шариков на пружинках). Однако, в отличие от механических систем, для молекулярных существует понятие температура. Вещество не может существовать без температуры, а температура – без вещества (на счет последней части утверждения есть и другое мнение). Из опыта мы знаем, что очень многие свойства вещества кардинально зависят от температуры, и, естественно, что её надо как-то учитывать. Для поддержания температуры в молекулярной динамике используются специальные алгоритмы-«термостаты». Наиболее известные среди них это термостаты Андерсена, Берендсена и Нозе-Гувера. Все они основаны на молекулярно-кинетической теории газов, где температура есть просто величина пропорциональная среднекинетической энергии молекул. Соответственно, работа данных термостатов осуществляется путём умножения скоростей частиц на некоторую величину.

Некоторое время назад я рассказывал о программном комплексе для выявления скрытого параллелизма в произвольном алгоритме и технологиях его, параллелизма, рационального использовании. Одним из компонентов этого комплекса является т.н. “универсальный вычислитель”, выполненный в соответствии с архитектурой Data-Flow (далее DF, пото́ковый вычислитель, описание здесь).

Поговорим о вре́менных данных, служащих для информационного обмена между отдельными вычислителями в (максимально близкорасположенных) параллельных вычислительных системах.

Параллелизации обработки данных в настоящее время применяется в основном для сокращения времени вычислений путем одновременной  обработки данных по частям на множестве различных вычислительных устройств с последующим объединением полученных результатов. Параллельное выполнение позволяет “обойти” сформулированный лордом Рэлеем в 1871 г. фундаментальный закон, согласно которому (в применимости к тепловыделению процессоров) мощность их тепловыделения пропорциональна четвертой степени тактовой частоты процессора (увеличение частоты вдвое повышает тепловыделение в 16 раз) и фактически заменить его линейным от числа параллельных вычислителей – при сохранении тактовой  частоты). Ничто не дается даром – задача выявления (обычно скрытого для непосвящённого наблюдателя, [1]) потенциала параллелизма в алгоритмах не является "лежащей на поверхности", а уж эффективность его (параллелизма) использования – тем более.

Задача:

Нужно пройтись по 650 000 000 пользователям ВК и вытащить только тех, кто живет в Москве. Затем отдельно обработать уже полученные айдишники.

Решение:

- генерация токенов для вк api

- асинхронные запросы

- код проекта в Google Colab (Python)