Parallel Patterns Library (PPL)

La Biblioteca de patrones de procesamiento paralelo (PPL) proporciona un modelo de programación imperativo que favorece la escalabilidad y facilidad de uso para desarrollar aplicaciones simultáneas. PPL se basa en los componentes de administración de recursos y programación del Runtime de simultaneidad. Eleva el nivel de abstracción entre el código de aplicación y el mecanismo de subprocesamiento subyacente proporcionando contenedores y algoritmos genéricos, con seguridad de tipos, que actúan sobre los datos en paralelo. PPL también permite desarrollar aplicaciones que escalan proporcionando alternativas al estado compartido.

PPL proporciona las características siguientes.

• Paralelismo de tareas: un mecanismo que se basa en el grupo de subprocesos de Windows para ejecutar varios elementos de trabajo (tareas) en paralelo

• Algoritmos paralelos: algoritmos genéricos basados en el Runtime de simultaneidad que actúan en colecciones de datos en paralelo

• Contenedores y objetos paralelos: tipos de contenedores genéricos que proporcionan acceso simultáneo seguro a sus elementos

Ejemplo

La PPL proporciona un modelo de programación que se parece al de la Biblioteca estándar de C++. En el ejemplo siguiente se muestran muchas características de PPL: Calcula varios números de Fibonacci en serie y en paralelo. Ambos cálculos actúan sobre un objeto std::array. También se imprime en la consola el tiempo necesario para realizar ambos cálculos.

La versión en serie usa el algoritmo std::for_each de la Biblioteca estándar para atravesar la matriz y almacena los resultados en un objeto std::vector. La versión en paralelo realiza la misma tarea, pero usa el algoritmo concurrency::parallel_for_each de PPL y almacena los resultados en un objeto concurrency::concurrent_vector. La clase concurrent_vector permite que cada iteración del bucle agregue los elementos de forma simultánea, sin el requisito de sincronizar el acceso de escritura en el contenedor.

Dado que parallel_for_each actúa de manera simultánea, la versión del cálculo en paralelo de este ejemplo debe ordenar el objeto concurrent_vector para generar los mismos resultados que la versión del cálculo en serie.

Observe que en el ejemplo se usa un método sencillo para calcular los números de Fibonacci; sin embargo, este método muestra cómo el Runtime de simultaneidad puede mejorar el rendimiento en el caso de cálculos largos.

// parallel-fibonacci.cpp
// compile with: /EHsc
#include <windows.h>
#include <ppl.h>
#include <concurrent_vector.h>
#include <array>
#include <vector>
#include <tuple>
#include <algorithm>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

// Calls the provided work function and returns the number of milliseconds 
// that it takes to call that function.
template <class Function>
__int64 time_call(Function&& f)
{
   __int64 begin = GetTickCount();
   f();
   return GetTickCount() - begin;
}

// Computes the nth Fibonacci number.
int fibonacci(int n)
{
   if(n < 2)
      return n;
   return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
}

int wmain()
{
   __int64 elapsed;

   // An array of Fibonacci numbers to compute.
   array<int, 4> a = { 24, 26, 41, 42 };

   // The results of the serial computation.
   vector<tuple<int,int>> results1;

   // The results of the parallel computation.
   concurrent_vector<tuple<int,int>> results2;

   // Use the for_each algorithm to compute the results serially.
   elapsed = time_call([&] 
   {
      for_each (begin(a), end(a), [&](int n) {
         results1.push_back(make_tuple(n, fibonacci(n)));
      });
   });   
   wcout << L"serial time: " << elapsed << L" ms" << endl;
   
   // Use the parallel_for_each algorithm to perform the same task.
   elapsed = time_call([&] 
   {
      parallel_for_each (begin(a), end(a), [&](int n) {
         results2.push_back(make_tuple(n, fibonacci(n)));
      });

      // Because parallel_for_each acts concurrently, the results do not 
      // have a pre-determined order. Sort the concurrent_vector object
      // so that the results match the serial version.
      sort(begin(results2), end(results2));
   });   
   wcout << L"parallel time: " << elapsed << L" ms" << endl << endl;

   // Print the results.
   for_each (begin(results2), end(results2), [](tuple<int,int>& pair) {
      wcout << L"fib(" << get<0>(pair) << L"): " << get<1>(pair) << endl;
   });
}

La siguiente salida de ejemplo corresponde a un equipo con cuatro procesadores.

serial time: 9250 ms
parallel time: 5726 ms

fib(24): 46368
fib(26): 121393
fib(41): 165580141
fib(42): 267914296

Cada iteración del bucle requiere una cantidad de tiempo diferente para finalizar. La operación que finaliza en último lugar limita el rendimiento de parallel_for_each. Por consiguiente, no debería esperar mejoras de rendimiento lineales entre las versiones en serie y en paralelo de este ejemplo.

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