Как запрограммировать распределение потоков на многоядерных процессорах?

Я хотел бы поэкспериментировать с потоками на многоядерном процессоре, например, чтобы создать программу, которая использует два разных потока, которые выполняются двумя разными ядрами процессора.

Однако мне неясно, на каком уровне потоки распределяются между различными ядрами. Я могу представить себе следующие сценарии (в зависимости от операционной системы и реализации языка программирования):

1. Распределение потоков управляется операционной системой. Потоки создаются с помощью системных вызовов ОС, и, если процесс выполняется на многоядерном процессоре, ОС автоматически пытается распределить / запланировать разные потоки на разных ядрах.
2. Распределение потоков управляется реализацией языка программирования. Распределение потоков между различными ядрами требует специальных системных вызовов, но стандартные библиотеки потоков языка программирования автоматически обрабатывают это, когда я использую стандартную реализацию потоков для этого языка.
3. Распределение потоков должно быть запрограммировано явно. В моей программе я должен написать явный код, чтобы определить, сколько ядер доступно, и распределить разные потоки по разным ядрам, используя, например, библиотечные функции.

Чтобы конкретизировать вопрос, представьте, что я написал свое многопоточное приложение на Java или C ++ для Windows или Linux. Будет ли мое приложение волшебным образом видеть и использовать несколько ядер при работе на многоядерном процессоре (потому что все управляется операционной системой или стандартной библиотекой потоков), или мне придется изменить свой код, чтобы знать о нескольких ядрах? ?

Будет ли мое приложение волшебным образом видеть и использовать несколько ядер при работе на многоядерном процессоре (потому что все управляется операционной системой или стандартной библиотекой потоков), или мне придется изменить свой код, чтобы знать о нескольких ядрах? ?

Простой ответ: Да, обычно он управляется операционной системой или библиотекой потоков.

Подсистема потоков в операционной системе будет назначать потоки процессорам в приоритетном порядке (ваш вариант 1). Другими словами, когда поток завершил выполнение для своего распределения времени или блоков, планировщик ищет следующий поток с наивысшим приоритетом и назначает его ЦПУ. Детали варьируются от операционной системы к операционной системе.

Тем не менее, существуют варианты 2 (управляемые языком программирования) и 3 (явно). Например, библиотека Tasks и async / await в последних версиях .Net предоставляют разработчику гораздо более простой способ написания распараллеливаемого кода (т.е. который может выполняться одновременно с самим собой). Функциональные языки программирования изначально параллелизуемы, и некоторые среды выполнения будут по возможности запускать разные части программы параллельно.

Что касается варианта 3 (явно), Windows позволяет вам устанавливать сродство потока (указывая, на каких процессорах может работать поток). Однако это обычно не требуется во всех, кроме самых быстрых, критичных по времени систем. Эффективное распределение потоков между процессорами сильно зависит от оборудования и очень чувствительно к другим приложениям, работающим одновременно.

Если вы хотите поэкспериментировать, создайте долгосрочную, интенсивно загружающую ЦП задачу, например, создание списка простых чисел или создание набора Мандельброта. Теперь создайте два потока в вашей любимой библиотеке и запустите оба потока на многопроцессорной машине (иными словами, практически обо всем, что было выпущено за последние несколько лет). Обе задачи должны быть выполнены примерно в одно и то же время, поскольку они выполняются параллельно.

У меня когда-то была огромная среда SGI IRIX. Просто ради этого я написал небольшую многопоточную Java-программу (которая просто ничего не делала, но потребляла циклы ЦП) и создал в ней 12 потоков. Работа охватила 12 процессоров в архитектуре NUMA. Может быть, я посмотрю программу и запустим ее на Dell R910s и проверим ..