Параллельное программирование на С++ в действии — страница 48 из 53

Оглавление

К карточке книги

• Предисловие
• Благодарности
• Об этой книге
• Об иллюстрации на обложке
• Глава 1. Здравствуй, параллельный мир!
• 1.1. Что такое параллелизм?
• 1.1.1. Параллелизм в вычислительных системах
• 1.1.2. Подходы к организации параллелизма
• 1.2. Зачем нужен параллелизм?
• 1.2.1. Применение параллелизма для разделения обязанностей
• 1.2.2. Применение параллелизма для повышения производительности
• 1.2.3. Когда параллелизм вреден?
• 1.3. Параллелизм и многопоточность в С++
• 1.3.1. История многопоточности в С++
• 1.3.2. Поддержка параллелизма в новом стандарте
• 1.3.3. Эффективность библиотеки многопоточности для С++
• 1.3.4. Платформенно-зависимые средства
• 1.4. В начале пути
• 1.4.1. Здравствуй, параллельный мир
• 1.5. Резюме
• Глава 2. Управление потоками
• 2.1. Базовые операции управления потоками
• 2.1.1. Запуск потока
• 2.1.2. Ожидание завершения потока
• 2.1.3. Ожидание в случае исключения
• 2.1.4. Запуск потоков в фоновом режиме
• 2.2. Передача аргументов функции потока
• 2.3. Передача владения потоком
• 2.4. Задание количества потоков во время выполнения
• 2.5. Идентификация потоков
• 2.6. Резюме
• Глава 3. Разделение данных между потоками
• 3.1. Проблемы разделения данных между потоками
• 3.1.1. Гонки
• 3.1.2. Устранение проблематичных состояний гонки
• 3.2. Защита разделяемых данных с помощью мьютексов
• 3.2.1. Использование мьютексов в С++
• 3.2.2. Структурирование кода для защиты разделяемых данных
• 3.2.3. Выявление состояний гонки, внутренне присущих интерфейсам
• 3.2.4. Взаимоблокировка: проблема и решение
• 3.2.5. Дополнительные рекомендации, как избежать взаимоблокировок
• 3.2.6. Гибкая блокировка с помощью std::unique_lock
• 3.2.7. Передача владения мьютексом между контекстами
• 3.2.8. Выбор правильной гранулярности блокировки
• 3.3. Другие средства защиты разделяемых данных
• 3.3.1. Защита разделяемых данных во время инициализации
• 3.3.2. Защита редко обновляемых структур данных
• 3.3.3. Рекурсивная блокировка
• 3.4. Резюме
• Глава 4. Синхронизация параллельных операций
• 4.1. Ожидание события или иного условия
• 4.1.1. Ожидание условия с помощью условных переменных
• 4.1.2. Потокобезопасная очередь на базе условных переменных
• 4.2. Ожидание одноразовых событий с помощью механизма будущих результатов
• 4.2.1. Возврат значения из фоновой задачи
• 4.2.2. Ассоциирование задачи с будущим результатом
• 4.2.3. Использование std::promise
• 4.2.4. Сохранение исключения в будущем результате
• 4.2.5. Ожидание в нескольких потоках
• 4.3. Ожидание с ограничением по времени
• 4.3.1. Часы
• 4.3.2. Временные интервалы
• 4.3.3. Моменты времени
• 4.3.4. Функции, принимающие таймаут
• 4.4. Применение синхронизации операций для упрощения кода
• 4.4.1. Функциональное программирование с применением будущих результатов
• 4.4.2. Синхронизация операций с помощью передачи сообщений
• 4.5. Резюме
• Глава 5. Модель памяти С++ и атомарные операции
• 5.1. Основы модели памяти
• 5.1.1. Объекты и ячейки памяти
• 5.1.2. Объекты, ячейки памяти и параллелизм
• 5.1.3. Порядок модификации
• 5.2. Атомарные операции и типы в С++
• 5.2.1. Стандартные атомарные типы
• 5.2.2. Операции над std::atomic_flag
• 5.2.3. Операции над std::atomic < bool >
• 5.2.4. Операции над std::atomic < T* > : арифметика указателей
• 5.2.5. Операции над стандартными атомарными целочисленными типами
• 5.2.6. Основной шаблон класса std::atomic < >
• 5.2.7. Свободные функции для атомарных операций
• 5.3. Синхронизация операций и принудительное упорядочение
• 5.3.1. Отношение синхронизируется-с
• 5.3.2. Отношение происходит-раньше
• 5.3.3. Упорядочение доступа к памяти для атомарных операций
• 5.3.4. Последовательности освобождений и отношение синхронизируется-с
• 5.3.5. Барьеры
• 5.3.6. Упорядочение неатомарных операций с помощью атомарных
• 5.4. Резюме
• Глава 6 Проектирование параллельных структур данных с блокировками
• 6.1. Что понимается под проектированием структур данных, рассчитанных на параллельный доступ?
• 6.1.1. Рекомендации по проектированию структур данных для параллельного доступа
• 6.2. Параллельные структуры данных с блокировками
• 6.2.1. Потокобезопасный стек с блокировками
• 6.2.2. Потокобезопасная очередь с блокировками и условными переменными
• 6.2.3. Потокобезопасная очередь с мелкогранулярными блокировками и условными переменными
• 6.3. Проектирование более сложных структур данных с блокировками
• 6.3.1. Разработка потокобезопасной справочной таблицы с блокировками
• 6.3.2. Потокобезопасный список с блокировками
• 6.4. Резюме
• Глава 7 Проектирование параллельных структур данных без блокировок
• 7.1. Определения и следствия из них
• 7.1.1. Типы неблокирующих структур данных
• 7.1.2. Структуры данных, свободные от блокировок
• 7.1.3. Структуры данных, сво бодные от ожидания
• 7.1.4. Плюсы и минусы структур данных, свободных от блокировок
• 7.2. Примеры структур данных, свободных от блокировок
• 7.2.1. Потокобезопасный стек без блокировок
• 7.2.2. Устранение утечек: управление памятью в структурах данных без блокировок
• 7.2.3. Обнаружение узлов, не подлежащих освобождению, с помощью указателей опасности
• 7.2.4. Нахождение используемых узлов с помощью подсчета ссылок
• 7.2.5. Применение модели памяти к свободному от блокировок стеку
• 7.2.6. Потокобезопасная очередь без блокировок
• 7.3. Рекомендации по написанию структур данных без блокировок
• 7.3.1. Используйте std::memory_order_seq_cst для создания прототипа
• 7.3.2. Используйте подходящую схему освобождения памяти
• 7.3.3. Помните о проблеме ABA
• 7.3.4. Выявляйте циклы активного ожидания и помогайте другим потокам
• Глава 8. Проектирование параллельных программ
• 8.1. Методы распределения работы между потоками
• 8.1.1. Распределение данных между потоками до начала обработки
• 8.1.2. Рекурсивное распределение данных
• 8.1.3. Распределение работы по типам задач
• 8.2. Факторы, влияющие на производительность параллельного кода
• 8.2.1. Сколько процессоров?
• 8.2.2. Конкуренция за данные и перебрасывание кэша
• 8.2.3. Ложное разделение
• 8.2.4. Насколько близки ваши данные?
• 8.2.5. Превышение лимита и чрезмерное контекстное переключение
• 8.3. Проектирование структур данных для повышения производительности многопоточной программы
• 8.3.1. Распределение элементов массива для сложных операций
• 8.3.2. Порядок доступа к другим структурам данных
• 8.4. Дополнительные соображения при проектировании параллельных программ
• 8.4.1. Безопасность относительно исключений в параллельных алгоритмах
• 8.4.2. Масштабируемость и закон Амдала
• 8.4.3. Сокрытие латентности с помощью нескольких потоков
• 8.4.4. Повышение быстроты реакции за счет распараллеливания
• 8.5. Проектирование параллельного кода на практике
• 8.5.1. Параллельная реализация std::for_each
• 8.5.2. Параллельная реализация std::find
• 8.5.3. Параллельная реализация std::partial_sum
• 8.6. Резюме
• Глава 9. Продвинутое управление потоками
• 9.1. Пулы потоков
• 9.1.1. Простейший пул потоков
• 9.1.2. Ожидание задачи, переданной пулу потоков
• 9.1.3. Задачи, ожидающие других задач
• 9.1.4. Предотвращение конкуренции за очередь работ
• 9.1.5. Занимание работ
• 9.2. Прерывание потоков
• 9.2.1. Запуск и прерывание другого потока
• 9.2.2. Обнаружение факта прерывания потока
• 9.2.3. Прерывание ожидания условной переменной
• 9.2.4. Прерывание ожидания std::condition_variable_any
• 9.2.5. Прерывание других блокирующих вызовов
• 9.2.6. О бработка прерываний
• 9.2.7. Прерывание фоновых потоков при выходе из приложения
• 9.3. Резюме
• Глава 10. Тестирование и отладка многопоточных приложений
• 10.1. Типы ошибок, связанных с параллелизмом
• 10.1.1. Нежелательное блокирование
• 10.1.2. Состояния гонки
• 10.2. Методы поиска ошибок, связанных с параллелизмом
• 10.2.1. Анализ кода на предмет выявления потенциальных ошибок
• 10.2.2. Поиск связанных с параллелизмом ошибок путем тестирования
• 10.2.3. Проектирование с учетом тестопригодности
• 10.2.4. Приемы тестирования многопоточного кода
• 10.2.5. Структурирование многопоточного тестового кода
• 10.2.6. Тестирование производительности многопоточного кода
• 10.3. Резюме
• Приложение А. Краткий справочник по некоторым конструкциям языка С++
• А.1. Ссылки на r -значения
• A.1.1. Семантика перемещения
• А.1.2. Ссылки на r -значения и шаблоны функций
• А.2. Удаленные функции
• А.3. Умалчиваемые функции
• А.4. constexpr -функции
• А.4.1. constexpr и определенные пользователем типы
• А.4.2. constexpr -объекты
• A.4.3. Требования к constexpr -функциям
• А.4.4. constexpr и шаблоны
• А.5. Лямбда-функции
• A.5.1. Лямбда-функции, ссылающиеся на локальные переменные
• А.6. Шаблоны с переменным числом параметров
• A.6.1. Расширение пакета параметров
• А.7. Автоматическое выведение типа переменной
• А.8. Поточно-локальные переменные
• А.9. Резюме
• Приложение В. Краткое сравнение библиотек для написания параллельных программ
• Приложение С. Каркас передачи сообщений и полный пример программы банкомата
• ***
• ***
• ***
• ***
• Приложение D Справочник по библиотеке С++ Thread Library
• D.1. Заголовок < chrono >
• D.1.1. Шаблон класса std::chrono::duration
• D.1.2. Шаблон класса std::chrono::time_point
• D.1.3. Класс std::chrono::system_clock
• D.1.4. Класс std::chrono::steady_clock
• D.1.5. Псевдоним типа std::chrono::high_resolution_clock
• D.2. Заголовок < condition_variable >
• D.2.1. Класс std::condition_variable
• D.2.2. Класс std::condition_variable_any
• D.3. Заголовок < atomic >
• D.3.1. std::atomic_xxx , псевдонимы типов
• D.3.2. ATOMIC_ xxx _LOCK_FREE , макросы
• D.3.3. ATOMIC_VAR_INIT , макрос
• D.3.4. std::memory_order , перечисление
• D.3.5. std::atomic_thread_fence , функция
• D.3.6. std::atomic_signal_fence , функция
• D.3.7. std::atomic_flag , класс
• D.3.8. Шаблон класса std::atomic
• D.3.9. Специализации шаблона std::atomic
• D.3.10. Специализации std::atomic < integral-type >
• D.4. Заголовок < future >
• D.4.1. Шаблон класса std::future
• D.4.2. Шаблон класса std::shared_future
• D.4.3. Шаблон класса std::packaged_task
• D.4.4. Шаблон класса std::promise
• D.4.5. Шаблон функции std::async
• D.5. Заголовок < mutex >
• D.5.1. Класс std::mutex
• D.5.2. Класс std::recursive_mutex
• D.5.3. Класс std::timed_mutex
• D.5.4. Класс std::recursive_timed_mutex
• D.5.5. Шаблон класса std::lock_guard
• D.5.6. Шаблон класса std::unique_lock
• D.5.7. Шаблон функции std::lock
• D.5.8. Шаблон функции std::try_lock
• D.5.9. Класс std::once_flag
• D.5.10. Шаблон функции std::call_once
• D.6. Заголовок < ratio >
• D.6.1. Шаблон класса std::ratio
• D.6.2. Псевдоним шаблона std::ratio_add
• D.6.3. Псевдоним шаблона std::ratio_subtract
• D.6.4. Псевдоним шаблона std::ratio_multiply
• D.6.5. Псевдоним шаблона std::ratio_divide
• D.6.6. Шаблон класса std::ratio_equal
• D.6.7. Шаблон класса std::ratio_not_equal
• D.6.8. Шаблон класса std::ratio_less
• D.6.9. Шаблон класса std::ratio_greater
• D.6.10. Шаблон класса std::ratio_less_equal
• D.6.11. Шаблон класса std::ratio_greater_equal
• D.7. Заголовок < thread >
• D.7.1. Класс std::thread
• D.7.2. Пространство имен this_thread
• Ресурсы
• Печатные ресурсы
• Сетевые ресурсы
• Примечания