Параллельное и событийно-управляемое программирование

С появлением сложных математических и физических задач, решаемых на компьютерах были разработаны соответственно машины, имеющие "векторную" или "матричную" архитектуру. Такие ЭВМ представляют, на самом деле, несколько процессоров, достаточно автономных, но способных обмениваться между собой информацией о результатах своих вычислений. Достаточно хорошим приближением к таким архитектурам являются сети компьютеров с возможностью распределенных вычислений. Кроме этого, практически все современные микропроцессоры максимально используют в своей архитектуре возможности параллельного исполнения отдельных операций. Таким образом, параллелизм можно мысленно разбить на два уровня: параллелизм уровня микроопераций и параллелизм уровня процессов.

Процессы - это абстракция достаточно высокого уровня. В какой вычислительной модели работает каждый отдельный процесс - не принципиально. Важно, что они могут работать параллельно, и могут обмениваться между собой результатами своих вычислений через "каналы связи". Примерно такую модель взаимодействия процессов реализует язык параллельного программирования Occam. Вот некоторая грамматика описания процессов, достаточно близкая к принятой в Occam-е:

Процесс::= Простой процесс | Структурный процесс
Простой процесс::= Послать значение | Принять значение | Процесс вычислительной модели
Структурный процесс::= Последовательный процесс | Параллельный процесс
Послать значение::= Канал связи << Выражение ;
Принять значение::= Канал связи >> Выражение;
Процесс вычислительной модели::= нечто, определяемое конкретным вычислителем
Последовательный процесс::= seq Процесс* end
Параллельный поцесс::= par Процесс* end

Семантически взаимодействие параллельных процессов лучше всего представлять как работу сети неких устройств, соединенных "проводками", по которым текут данные. Спроектировав в таких терминах, например, систему параллельных процессов для быстрого суммирования большого количества чисел, можно легко описать эту систему в приведенном синтаксисе.

Каждый вычислитель производит типичные для его вычислительной модели операции (например, императивный вычислитель будет переходить из состояния в состояние). Когда процесс встречает инструкцию "Принять значение (из канала)", он входит в состояние ожидания, пока канал пуст. Как только в канале появляется значение, процесс его считывает и продолжает работу.

Достаточно распространенной является так же и следующее понимание параллелизма: в системе параллельных процессов каждый отдельный процесс обрабатывает события. События могут быть как общими для всей системы, так и индивидуальными для одного или нескольких процессов. В таких терминах достаточно удобно описывать, например, элементы графического интерфейса пользователя, или моделирование каких-либо реальных процессов (например, управление уличным движением) - так как понятие события является для таких задач естественным. Такое программирование принято называть событийно-управляемым. В событийно-управляемом программировании отдельные процессы максимально автономны, единственное средство общения между ними - посылка сообщений (порождение новых событий). Событийно-управляемое программирование очень близко к объектно-ориентированному программированию, которое будет подробно разобрано в дальнейшем.

Параллелизм является не только надстройкой над другими вычислительными моделями; некоторые методологии программирования имеют естественную реализацию на платформах, поддерживающих параллелизм. Об этом будет упомянуто отдельно в каждом таком случае.

Дата добавления: 2014-11-09