邕江大學(xué) 人文學(xué)院 陳積常

組合CC＋＋并行編程并行塊研究

邕江大學(xué) 人文學(xué)院 陳積常

在CC＋＋語(yǔ)言中，并行控制線程的創(chuàng)建大都使用并行塊機(jī)制來(lái)完成。并行控制塊（par）的結(jié)構(gòu)與C語(yǔ)言或C＋＋語(yǔ)言中的復(fù)合聲明比較相似，區(qū)別僅在于結(jié)構(gòu)之前所用的是關(guān)鍵字“par”，而非其他串行語(yǔ)言中的關(guān)鍵字。

一、舉例說(shuō)明

1.并行塊結(jié)構(gòu)說(shuō)明。關(guān)鍵代碼如下所示：

除了某些特殊情況外，并行塊里面的聲明都應(yīng)是CC＋＋的合法聲明。par不同于普通C＋＋語(yǔ)言的模塊，在par里各種聲明的執(zhí)行順序都是不固定的，塊里的各個(gè)聲明語(yǔ)句都是以交錯(cuò)的方式或者并行的方式執(zhí)行的。

2.并行塊控制語(yǔ)句。下文是1個(gè)并行塊的控制程序代碼：

可以看到，par之中有2個(gè)獨(dú)立的控制線程：第1個(gè)語(yǔ)句為“a＝2；”，第2個(gè)語(yǔ)句為“b＝c＋3；”，而“d＝b＋1；”這個(gè)語(yǔ)句必須在“a＝ 2；”和“b＝c＋3；”語(yǔ)句運(yùn)行完畢之后方可運(yùn)行。

二、結(jié)構(gòu)

并行塊的重要特征是自身結(jié)構(gòu)提供了并行代碼，一個(gè)被定義的并行塊只有在并行體里面的所有語(yǔ)句運(yùn)行結(jié)束之后才能終止。因此，終止1個(gè)并行塊，意味著塊內(nèi)所有線程都已運(yùn)行完畢。關(guān)鍵代碼如下：

賦值于a，b，c的各個(gè)線程在不同的時(shí)刻將以不同的順序來(lái)完成其賦值工作，即在時(shí)刻T1可能是a先完成，接著到b，最后到c；在時(shí)刻T2有可能是b先完成，然后到a，最后到c。但是，不管以怎樣的順序來(lái)完成，整個(gè)并行塊只有在這3個(gè)線程完成之后方能結(jié)束，即只有當(dāng)3個(gè)并行塊完成之后，才能執(zhí)行“sum＝ a＋b＋c”這個(gè)語(yǔ)句。

三、數(shù)據(jù)共享

CC＋＋語(yǔ)言允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)共享情況，只要通過(guò)以下一條規(guī)則編寫程序便可，規(guī)則為：如果一個(gè)變量被并行塊內(nèi)一個(gè)線程修改了，其后線程應(yīng)不再使用這個(gè)變量。本文，筆者通過(guò)下面的例子來(lái)解釋其規(guī)則。

此并行塊已經(jīng)違反了變量的共享規(guī)則。變量x在并行塊內(nèi)被修改了2次，雖然這些代碼在編譯時(shí)可能未出現(xiàn)錯(cuò)誤，甚至可以正確的運(yùn)行，但是這種情況是極度不安全的，因?yàn)榈阶詈?，并行塊的數(shù)值是不固定的，它可能是1也可能是2，或者兩者都不是。如果變量以這種方式被共享的話，編寫出來(lái)的程序?qū)⑹清e(cuò)誤的。在這里，既不允許其他線程再修改已被修改過(guò)的變量，也不允許其他線程再引用已被修改過(guò)的變量，如下例所示程序：

在該例子中，第1個(gè)語(yǔ)句給s賦值，第2個(gè)語(yǔ)句又引用了s。雖然在運(yùn)行時(shí)，未必會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果，但這是一個(gè)錯(cuò)誤的程序，并行塊中的n的值是混亂的（或者s也可能出現(xiàn)此情況）。實(shí)際編程中要避免使用該類程序。

四、嵌套

像普通串行設(shè)計(jì)語(yǔ)言一樣，在并行設(shè)計(jì)語(yǔ)言CC＋＋之中也存在嵌套行為。關(guān)鍵代碼如下所示：

在上例中，函數(shù)trial（）被執(zhí)行并將結(jié)果賦予result1之后，generate_stats（）才開始執(zhí)行。

五、局限性

1.并行塊中線程的運(yùn)行狀態(tài)是交錯(cuò)的、任意的，它無(wú)法確保特定的線程指令在之后多久被執(zhí)行。

2.不允許在并行塊的范圍之內(nèi)對(duì)變量進(jìn)行聲明，這是與并行塊的共享變量規(guī)則相一致的，然而在嵌套中定義則是允許的。

3.跳入、跳出（goto into ，out of）并行塊或者在并行塊內(nèi)的各個(gè)語(yǔ)句間相互跳轉(zhuǎn)都是不允許的。但是no break，goto，continue，return并行快是可用的。

六、并行塊的編程實(shí)例

利用 ∏/4＝1－1/3＋1/5－1/7…公式求∏的近似值，直到最后一項(xiàng)的絕對(duì)值小于0.000 01為止。關(guān)鍵代碼如下：

該程序主要通過(guò)并行塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)∏的求解。并行塊中“pi＝ pi＋t”、“n＝ n＋2”、“s＝－s”3個(gè)語(yǔ)句是并行執(zhí)行的，這3個(gè)語(yǔ)句之間互不關(guān)聯(lián)，每個(gè)語(yǔ)句都被創(chuàng)建為一個(gè)獨(dú)立的線程，線程之間的運(yùn)行是并行的。并行塊中的線程是并行的。只有當(dāng)其并行塊內(nèi)所有的線程運(yùn)行結(jié)束時(shí)，整個(gè)并行塊運(yùn)行才終止。