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多核時代：並行程序設計探討（10）——任務分組模式Group Task Pattern

                                                    任務分組模式Group Task Pattern

1.1        問題

一個問題的多個任務如何聚集成一組，以簡化依賴關係的管理？

1.2        上下文

當任務和數據分解完成後，就可以應用此模式了。

任務分組模式描述了分析任務之間的依賴關係的第一步。在任務分解的過程中，我們按照任務可以並行運行來考慮，然而我們並沒有強調一個很明顯的事實：這些任務並不是組成一個扁平（譯者注：指任務之間也是有層次關係）的集合。例如，繼承於算法中同一個高級的操作的任務自然的應該組成一組。其它任務可能和初始問題沒有關係，但在並行運行時存在相似的約束，因此也可以組成一組。

簡而言之，任務集內存在一個值得考慮的結構。這些結構——指任務組——簡化了問題的依賴關係分析。如下分析：

1）             如果一個任務組共享一個時序的約束（例如等待一個任務組完成文件的填充），我們可以一次滿足整個組的約束；

2）             如果一個組必須在一個共享數據結構上一起工作，整個組的同步可以一次解決；

3）             如果一組任務互相獨立，那麼把它們組成一個獨立的組然後在運行時作為一組同一調度，則可以簡化設計並且提高並行性，因此可以讓整個解決方案分布到更多的處理單元上。

以上無論哪種情況，思想都是通過定義共享相同約束的任務組，以及通過處理一組任務而不是單個任務來簡化約束管理。

1.3        解決方法

任務間的約束可以劃分到如下主要的幾類：

1）最容易理解的依賴就是時序依賴：即一組任務順序運行時存在的約束。如果任務A依賴於任務B的結果，則A必須等到B運行完畢後才能運行。我們經常把這種情況叫做數據流：任務A阻塞直到任務B準備好數據，當任務B結束後，數據就流向A了。

2）另一種順序依賴就是指一組任務必須同時運行。例如，在很多“數據並行（data-parallel）”的問題中，原始問題劃分為多個可以同時更新的區域。典型的情況為，任何指定區域的更新需要其相鄰區域的邊界信息，如果所有區域沒有同時處理，則並行程序將停止或者死鎖，因為某些區域要等待不活動區域的數據。

3）某些情況下，任務組中的任務是互相獨立的，這些任務並沒有順序執行的約束。這是一個重要的特性，因為這意味著這些任務可以以任何順序執行，包括並行執行。

沒有一個簡單的方法來發現任務組。我們建議按照如下方法進行操作。但要記住不能不考慮約束本身而去考慮任務分組，在這個設計點上，最好的方法是盡可能的抽象——識別約束然後將任務分組以解決這些約束，但是不要陷入到細節的泥沼中去。

1）              首先，關注初始問題如何分解。大部分情況下，高層的操作或者大的循環結構在分解中扮演關鍵的角色，這是第一個尋找任務組的地方，屬於同一高層操作的任務自然的就劃為一組了。
這樣劃分後，可能有很多小的任務組。接下來我們將關注那些由一個任務組內的任務共享的約束，共享同一約束的任務劃為一組。

2）              其次，我們需要問是否有其它任務組共享相同的約束。如果有，將任務組合並。大的任務組提供了額外的並行性，使得更多的處理單元運行；同時也提供了額外的任務調度的靈活性，使得在處理單元間進行平衡也更加容易。

3）              接下來的步驟要關注任務組之間的約束。如果任務組間有明確的時間順序，或者任務間有明確的數據流，這種情況很簡單。更複雜的情況是獨立的任務組之間以另外方式共享約束。這種情況下，將這些任務組合並成一個更大的任務。

最後更新：2017-04-02 04:01:42

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