|
ГЛАВНАЯ >> ТЕСТИРУЕМ ВМЕСТЕ >> ПРОЦЕССОРЫ: Многопоточный код своими руками
СОДЕРЖАНИЕ Увеличение количества вычислительных компонентов в центральном процессоре способствует интенсивному развитию технологий многопоточного программирования. Однако эффективное управление потоками дело хлопотное и не во всех случаях приводит к росту производительности.
Изображение 1. Рабочий момент создания однопоточного кода в системе программирования Microsoft Visual C# 2005 Кстати, в целях наглядности и компактности листинга мы не стали делать так называемую "защиту от идиотов", и поэтому передача в программу символьных переменных (или чисел с плавающей точкой) приведет к предсказуемой ошибке. К тому же не стоит забывать и о пределе размерности целочисленных типов.
Number(nNum);
можно трансформировать в соответствующий фрагмент листинга 2 (трехпоточная версия):
Thread thread1 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Number));
Здесь метод Start запускает отдельную нить вычислений и передает в нее соответствующую переменную, а метод Join ожидает реального завершения указанного потока. Кстати, если бы ставилась гипотетическая задача передать результат вычисления функции Number в функцию Fibonacci в качестве аргумента, то перед запуском нити thread2 возникла бы необходимость дождаться завершения выполнения потока thread1 методом thread1.Join(), а уж затем запускать thread2.
Изображение 2. Результаты выполнения однопоточного кода на платформе с двухъядерным процессором Intel Core 2 Duo E6700 Взглянув на экран, где выводятся результаты программы, можно догадаться, что быстрее всего со своей задачей справляется функция Fibonacci, а самым ресурсоемким фрагментом алгоритма является решето Эратосфена. Причем за время работы решета (thread1) без видимых сложностей успевают запуститься и увенчаться успехом потоки 2 и 3.
И все эти тонкости современного кодинга позволяют нам полагать, что многопоточность становится востребованной, если это не просто модная конструкция программного кода, а хорошо продуманный алгоритм, обеспечивающий эффективное исполнение задач как на одноядерных платформах, так и на многоядерных компьютерах.
Таблица 1. Результаты выполнения компиляций
Внимательные читатели отдельных компьютерных журналов, продаваемых вместе с CD-дисками, могли заметить, что отображение содержания носителя очень быстро появляется на экране, и пользователь может сразу приступать к работе. Однако по индикаторам работы жесткого диска можно догадаться, что программная оболочка не перешла целиком и полностью в режим ожидания ввода команд читателя, а выполняет какую-то работу в параллельном режиме.
Решето Эратосфена - метод, разработанный Эратосфеном и позволяющий отсеивать составные числа из натурального ряда. Сущность его заключается в следующем.
Числа Фибоначчи - это элементы числовой последовательности 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13... , в которой каждый последующий член равен сумме двух предыдущих, а сама эта последовательность называется рядом Фибоначчи. Таким образом, число Фибоначчи можно вычислить по формуле Fibonacci(n) = Fibonacci(n-2) + Fibonacci(n-1). Например, 7-е число из ряда Фибоначчи соответствует Fibonacci(7) = Fibonacci(5) + Fibonacci(6) = 5 + 8 = 13. Факториал - это произведение натуральных чисел от единицы до какого-либо данного натурального числа n (т. е. 1*2*3*...*n), обозначается "n!". Например, 7! = 1*2*3*4*5*6*7 = 5040.
Листинг 1. Выполнение трех вычислительных задач в одном потоке
using System;
namespace PCW_ThreadTest
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
string sNum = ""; // строка из символов Unicode
string sFib = "";
string sFac = "";
uint nNum = 0; // целое, беззнаковое, 32 бит
uint nFib = 0;
uint nFac = 0;
int TimeIs = 0; // целочисленная переменная
int nStartD = 0;
int nFinishD = 0;
// Если в программу не передаются аргументы, то по умолчанию - sNum = "200000"; sFib="500000000"; sFac = "65"
if (args.Length < 3) { sNum = "200000"; sFib = "150000000"; sFac = "65"; }
else { sNum = args[0]; sFib = args[1]; sFac = args[2]; }
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("Программа получила число " + sNum + " в качестве аргумента для функции Number");
Console.WriteLine("Программа получила число " + sFib + " в качестве аргумента для функции Fibonacci");
Console.WriteLine("Программа получила число " + sFac + " в качестве аргумента для функции Factorial");
Console.WriteLine();
// Конвертируем переменные string в uint
nNum = Convert.ToUInt32(sNum);
nFib = Convert.ToUInt32(sFib);
nFac = Convert.ToUInt32(sFac);
ToDefineTime(ref TimeIs);
nStartD = TimeIs;
// /Вызываем 3 основные функции и выводим соответствующие результаты вычислений
Number(nNum);
Fibonacci(nFib);
Factorial(nFac);
TimeIs = 0;
ToDefineTime(ref TimeIs);
nFinishD = TimeIs;
Console.WriteLine();
if (nFinishD >= nStartD) TimeIs = nFinishD - nStartD;
else TimeIs = 3600000 + nFinishD - nStartD;
Console.WriteLine("Время выполнения заданий составило " + TimeIs + " миллисекунд");
Console.Read();
}
public static void Number(uint n)
{
uint[] NumArray = new uint[n];
uint nCount = 0;
NumArray[nCount] = 2;
bool bNum = true;
for (uint i = 3; i <= n; i++)
{
for (uint j = 0; j < nCount; j++)
{
if (i % NumArray[j] == 0) { bNum = false; break; }
}
if (bNum == true) { nCount++; NumArray[nCount] = i; }
else bNum = true;
}
Console.WriteLine("Максимальным простым числом до " + n + " является число " + NumArray[nCount]);
return;
}
public static void Fibonacci(uint n)
{
if (n < 3) { Console.WriteLine(n + "-й член ряда Фибоначчи равняется 1"); return; }
else
{
uint[] FibArray = new uint[n];
FibArray[0] = 1;
FibArray[1] = 1;
for (uint i = 2; i < n; i++)
{
FibArray[i] = FibArray[i - 2] + FibArray[i - 1];
}
Console.WriteLine(n + "-й член ряда Фибоначчи равняется " + FibArray[n - 1]);
return;
}
}
public static void Factorial(uint n)
{
ulong nfac = 1;
for (uint i = 1; i <= n; i++)
{
nfac = nfac * i;
}
Console.WriteLine("Факториал числа " + n + " равняется " + nfac);
return;
}
public static void ToDefineTime(ref int TimeIs)
{
DateTime dt = DateTime.Now; // Определяем точное время, чтобы потом подсчитать продолжительность теста
int dt05 = dt.Minute;
int dt06 = dt.Second;
int dt07 = dt.Millisecond;
TimeIs = dt07 + (dt06*1000) + (dt05 * 60000);
}
}
}
Листинг 2. Выполнение трех вычислительных задач в трех потоках
using System;
using System.Threading;
namespace PCW_ThreadTest
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
string sNum = ""; // строка из символов Unicode
string sFib = "";
string sFac = "";
uint nNum = 0; // целое, беззнаковое, 32 бит
uint nFib = 0;
uint nFac = 0;
int TimeIs = 0; // целочисленная переменная
int nStartD = 0;
int nFinishD = 0;
// Если в программу не передаются аргументы, то по умолчанию - sNum = "200000"; sFib="500000000"; sFac = "65"
if (args.Length < 3) { sNum = "200000"; sFib = "150000000"; sFac = "65"; }
else { sNum = args[0]; sFib = args[1]; sFac = args[2]; }
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("Программа получила число " + sNum + " в качестве аргумента для функции Number");
Console.WriteLine("Программа получила число " + sFib + " в качестве аргумента для функции Fibonacci");
Console.WriteLine("Программа получила число " + sFac + " в качестве аргумента для функции Factorial");
Console.WriteLine();
// Конвертируем переменные string в uint (но в случае с параметрами object для потоков это лишнее)
nNum = Convert.ToUInt32(sNum);
nFib = Convert.ToUInt32(sFib);
nFac = Convert.ToUInt32(sFac);
ToDefineTime(ref TimeIs);
nStartD = TimeIs;
// Вызываем 3 основные функции и выводим соответствующие результаты вычислений
Thread thread1 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Number));
thread1.Start(nNum);
Thread thread2 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Fibonacci));
thread2.Start(nFib);
Thread thread3 = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Factorial));
thread3.Start(nFac);
thread1.Join();
thread2.Join();
thread3.Join();
TimeIs = 0;
ToDefineTime(ref TimeIs);
nFinishD = TimeIs;
Console.WriteLine();
if (nFinishD >= nStartD) TimeIs = nFinishD - nStartD;
else TimeIs = 3600000 + nFinishD - nStartD;
Console.WriteLine("Время выполнения заданий составило " + TimeIs + " миллисекунд");
Console.Read();
}
public static void Number(object oNum)
{
uint n = Convert.ToUInt32(oNum);
uint[] NumArray = new uint[n];
uint nCount = 0;
NumArray[nCount] = 2;
bool bNum = true;
for (uint i = 3; i <= n; i++)
{
for (uint j = 0; j < nCount; j++)
{
if (i % NumArray[j] == 0) { bNum = false; break; }
}
if (bNum == true) { nCount++; NumArray[nCount] = i; }
else bNum = true;
}
Console.WriteLine("Максимальным простым числом до " + n + " является число " + NumArray[nCount]);
return;
}
public static void Fibonacci(object oFib)
{
uint n = Convert.ToUInt32(oFib);
if (n < 3) { Console.WriteLine(n + "-й член ряда Фибоначчи равняется 1"); return; }
else
{
uint[] FibArray = new uint[n];
FibArray[0] = 1;
FibArray[1] = 1;
for (uint i = 2; i < n; i++)
{
FibArray[i] = FibArray[i - 2] + FibArray[i - 1];
}
Console.WriteLine(n + "-й член ряда Фибоначчи равняется " + FibArray[n - 1]);
return;
}
}
public static void Factorial(object oFac)
{
uint n = Convert.ToUInt32(oFac);
ulong nfac = 1;
for (uint i = 1; i <= n; i++)
{
nfac = nfac * i;
}
Console.WriteLine("Факториал числа " + n + " равняется " + nfac);
return;
}
public static void ToDefineTime(ref int TimeIs)
{
DateTime dt = DateTime.Now; // Определяем точное время, чтобы потом подсчитать продолжительность теста
int dt05 = dt.Minute;
int dt06 = dt.Second;
int dt07 = dt.Millisecond;
TimeIs = dt07 + (dt06*1000) + (dt05 * 60000);
}
}
}
>> НАВЕРХ СТРАНИЦЫ << | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
