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多核时代：并行程序设计探讨（10）——任务分组模式Group Task Pattern

                                                    任务分组模式Group Task Pattern

1.1        问题

一个问题的多个任务如何聚集成一组，以简化依赖关系的管理？

1.2        上下文

当任务和数据分解完成后，就可以应用此模式了。

任务分组模式描述了分析任务之间的依赖关系的第一步。在任务分解的过程中，我们按照任务可以并行运行来考虑，然而我们并没有强调一个很明显的事实：这些任务并不是组成一个扁平（译者注：指任务之间也是有层次关系）的集合。例如，继承于算法中同一个高级的操作的任务自然的应该组成一组。其它任务可能和初始问题没有关系，但在并行运行时存在相似的约束，因此也可以组成一组。

简而言之，任务集内存在一个值得考虑的结构。这些结构——指任务组——简化了问题的依赖关系分析。如下分析：

1）             如果一个任务组共享一个时序的约束（例如等待一个任务组完成文件的填充），我们可以一次满足整个组的约束；

2）             如果一个组必须在一个共享数据结构上一起工作，整个组的同步可以一次解决；

3）             如果一组任务互相独立，那么把它们组成一个独立的组然后在运行时作为一组同一调度，则可以简化设计并且提高并行性，因此可以让整个解决方案分布到更多的处理单元上。

以上无论哪种情况，思想都是通过定义共享相同约束的任务组，以及通过处理一组任务而不是单个任务来简化约束管理。

1.3        解决方法

任务间的约束可以划分到如下主要的几类：

1）最容易理解的依赖就是时序依赖：即一组任务顺序运行时存在的约束。如果任务A依赖于任务B的结果，则A必须等到B运行完毕后才能运行。我们经常把这种情况叫做数据流：任务A阻塞直到任务B准备好数据，当任务B结束后，数据就流向A了。

2）另一种顺序依赖就是指一组任务必须同时运行。例如，在很多“数据并行（data-parallel）”的问题中，原始问题划分为多个可以同时更新的区域。典型的情况为，任何指定区域的更新需要其相邻区域的边界信息，如果所有区域没有同时处理，则并行程序将停止或者死锁，因为某些区域要等待不活动区域的数据。

3）某些情况下，任务组中的任务是互相独立的，这些任务并没有顺序执行的约束。这是一个重要的特性，因为这意味着这些任务可以以任何顺序执行，包括并行执行。

没有一个简单的方法来发现任务组。我们建议按照如下方法进行操作。但要记住不能不考虑约束本身而去考虑任务分组，在这个设计点上，最好的方法是尽可能的抽象——识别约束然后将任务分组以解决这些约束，但是不要陷入到细节的泥沼中去。

1）              首先，关注初始问题如何分解。大部分情况下，高层的操作或者大的循环结构在分解中扮演关键的角色，这是第一个寻找任务组的地方，属于同一高层操作的任务自然的就划为一组了。
这样划分后，可能有很多小的任务组。接下来我们将关注那些由一个任务组内的任务共享的约束，共享同一约束的任务划为一组。

2）              其次，我们需要问是否有其它任务组共享相同的约束。如果有，将任务组合并。大的任务组提供了额外的并行性，使得更多的处理单元运行；同时也提供了额外的任务调度的灵活性，使得在处理单元间进行平衡也更加容易。

3）              接下来的步骤要关注任务组之间的约束。如果任务组间有明确的时间顺序，或者任务间有明确的数据流，这种情况很简单。更复杂的情况是独立的任务组之间以另外方式共享约束。这种情况下，将这些任务组合并成一个更大的任务。

最后更新：2017-04-02 04:01:42

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