Дослідження проблем синхронізації та захисту даних при реалізації багатопоточних програм

Анотація

Нагальні проблеми сучасного розвитку процесів та технологій потре-бують постійного підвищення продуктивності комп’ютерної техніки, ефек-тивного використання її ресурсів, обробки великих обсягів даних та підтрим-ки зростаючих вимог сучасних інформаційних систем. Одним із напрямків, що забезпечують вирішення вказаних проблем, є використання багатопроцесор-них та обчислювальних систем із багатоядерними процесорами, що забезпе-чують швидке та продуктивніше паралельне вирішення окремих ресурсномі-стких завдань. У зв’язку з цим актуальними задачами є дослідження методів синхроніза-ції та управління ресурсами в багатопоточних середовищах, розроблення но-вих методів та інструментів для паралельного програмування зі створенням ефективних багатопоточних крос-платформних програм, оптимізація алго-ритмів та архітектур для масштабованих обчислень. Метою даної роботи є вирішення майже важливішої серед проблем ба-гатопоточного програмування – проблеми гонки потоків при багатопоточ-них обчисленнях ресурсномістких задач із паралельним доступом до спільних даних за допомогою використання м'ютексів. В роботі вирішені наступні завдання: розроблено багатопоточний алго-ритм реалізації типової задачі обробки надвеликих масивів даних із захистом критичної області за допомогою примітивів синхронізації – м’ютексів; дослі-джено продуктивність виконання розробленого алгоритму при значній (108–109 елементів) кількості оброблюваних даних і змінному (1–14) числі обчислю-вальних потоків (ядер); вироблено концепцію для подальшого застосування ефективних підходів до захисту даних у конкурентних програмах, що реалі-зуються на багатопроцесорних та багатоядерних системах. Встановлено, що вирішення проблеми гонки потоків у розглянутій задачі на сучасному PC із процесором Intel Core i7-12700H (14 cores, 2.3 GHz / 4.7 GHz) при збільшенні розміру масиву у досліджуваному діапазоні уповільнює ви-конання програми приблизно в 10 разів. Збільшення при цьому числа викорис-таних потоків від 2 до 14 уповільнює реалізацію застосунку приблизно в 4 ра-зи, незалежно від кількості оброблюваних даних.