Τι είναι το δυναμικό διαμέρισμα στον παράλληλο προγραμματισμό;

Παράλληλα προγραμματισμό, η δυναμική διαίρεση αναφέρεται σε μια μέθοδο διαίρεσης ενός φόρτου εργασίας μεταξύ πολλαπλών επεξεργαστών ή νημάτων * κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης ενός προγράμματος, σε αντίθεση με τη στατική κατανομή όπου γίνεται εκ των προτέρων η διαίρεση. Το μέγεθος και η εκχώρηση των διαμερισμάτων δεν είναι αρχικά καθορισμένα, αλλά προσαρμόζονται με βάση τις συνθήκες χρόνου εκτέλεσης και τους διαθέσιμους πόρους.

Ακολουθεί μια ανάλυση των βασικών χαρακτηριστικών:

* Εκχώρηση χρόνου εκτέλεσης: Οι εργασίες ή τα δεδομένα αντιστοιχούν στους επεξεργαστές καθώς είναι διαθέσιμες ή καθώς προκύπτουν η ανάγκη. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με το στατικό διαχωρισμό όπου κάθε επεξεργαστής γνωρίζει το τμήμα που έχει ανατεθεί από την αρχή.

* Εξισορρόπηση φόρτωσης: Ένας πρωταρχικός στόχος της δυναμικής διαίρεσης είναι η επίτευξη καλύτερης εξισορρόπησης φορτίου. Εάν ορισμένοι επεξεργαστές ολοκληρώσουν τα αρχικά τους καθήκοντα γρηγορότερα από άλλα, η δυναμική διαίρεση τους επιτρέπει να πάρουν νέα εργασία από μια κοινή ομάδα καθηκόντων ή δεδομένων, εμποδίζοντας το χρόνο αδράνειας και τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης.

* προσαρμοστικότητα: Η δυναμική διαίρεση προσαρμόζεται καλά σε απρόβλεπτες φόρτους εργασίας. Εάν ορισμένα τμήματα του υπολογισμού διαρκέσουν απροσδόκητα περισσότερο, το σύστημα μπορεί να αναδιανείμει αυτόματα το φόρτο εργασίας για την ανακούφιση των σημείων συμφόρησης.

* overhead: Η ευελιξία της δυναμικής διαίρεσης έρχεται με το κόστος των γενικών εξόδων. Η διαχείριση της ομάδας εργασιών, η ανάθεση εργασιών και ο συγχρονισμός χειρισμού μεταξύ των επεξεργαστών απαιτούν πρόσθετο υπολογισμό και επικοινωνία. Αυτό το γενικό κόστος πρέπει να διαχειριστεί προσεκτικά για να διασφαλίσει ότι τα οφέλη της εξισορρόπησης φορτίου υπερβαίνουν το κόστος.

* Εφαρμογή: Η δυναμική διαίρεση συχνά εφαρμόζεται χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως:

* Εργασία κλέβει: Οι επεξεργαστές αδράνειας "κλέβουν" εργασίες από πολυάσχολους επεξεργαστές.

* ουρές εργασιών: Μια κεντρική ουρά ή πολλαπλές ουρές κρατούν εργασίες που περιμένουν να υποβληθούν σε επεξεργασία. Οι επεξεργαστές λαμβάνουν εργασίες από αυτές τις ουρές.

* Self-Scheduling: Οι εργασίες αντιστοιχούν σε επεξεργαστές με βάση έναν απλό ευρετικό, συχνά χωρίς κεντρικό συντονισμό.

Παράδειγμα:

Φανταστείτε την επεξεργασία μιας μεγάλης εικόνας. Σε στατική διαχωρισμό, μπορείτε να διαιρέσετε την εικόνα σε μπλοκ ίσου μεγέθους και να αντιστοιχίσετε κάθε μπλοκ σε διαφορετικό επεξεργαστή. Ωστόσο, εάν ένα μέρος της εικόνας είναι σημαντικά πιο περίπλοκο για να επεξεργαστεί από άλλα, ορισμένοι επεξεργαστές ενδέχεται να τελειώσουν πολύ νωρίτερα από άλλους, οδηγώντας σε χρόνο αδράνειας. Η δυναμική διαίρεση θα επέτρεπε στους ταχύτερους επεξεργαστές να αναλάβουν εργασίες επεξεργασίας από τα τμήματα των βραδύτερων επεξεργαστών, βελτιώνοντας τη συνολική αποτελεσματικότητα.

Πότε να χρησιμοποιήσετε δυναμικό διαχωρισμό:

Η δυναμική διαίρεση είναι επωφελής πότε:

* Ο φόρτος εργασίας είναι απρόβλεπτος ή άνισα κατανεμημένος.

* Το μέγεθος των εργασιών ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό.

* Ο αριθμός των επεξεργαστών ή των νημάτων δεν είναι γνωστός εκ των προτέρων.

* Η εξισορρόπηση φορτίου είναι ζωτικής σημασίας για την απόδοση.

Πότε πρέπει να αποφύγετε τη δυναμική διαίρεση:

* Το γενικό κόστος διαχείρισης της δυναμικής ανάθεσης υπερβαίνει τα οφέλη της εξισορρόπησης φορτίου (π.χ. για πολύ μικρές εργασίες).

* Ο φόρτος εργασίας είναι εξαιρετικά προβλέψιμος και ομοιόμορφα κατανεμημένος, καθιστώντας επαρκή τη στατική κατανομή.

* Το κόστος επικοινωνίας μεταξύ των επεξεργαστών είναι υψηλό.

Στην ουσία, η δυναμική διαίρεση προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία και προσαρμοστικότητα από τη στατική κατανομή, αλλά απαιτεί προσεκτική εξέταση των ενσωματωμένων επιβάρυνσης. Η καλύτερη επιλογή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συγκεκριμένη εφαρμογή και τα χαρακτηριστικά της.