并行的2个重要定律Amdahl、Gustafson定律

傷城~ 2022-06-13 23:18 285阅读 0赞

## **并发程序的几个概念** ##

*  同步（Synchronous）
 *  异步（Asynchronous）
 *  阻塞 （Blocking）
 *  非阻塞 （Non-Blocking）
 *  死锁 （Deadlock）

同步和异步通常用来形容方法的调用方式。 同步的方法调用时，后续行为需要等到方法执行完毕后才能执行。 异步调用时，一旦调用可以立即拿到结果，调用方可以继续后续的操作。

![这里写图片描述][SouthEast]

举个生活中的例子，两件事：煮饭、烧菜。

同步就是：淘米–》煮饭–》等饭熟–》洗菜–》烧菜

异步可能： 淘米–》煮菜–》  
洗菜–》烧菜–》--》饭菜皆好。

异步可以理解为统筹思想来解决问题，尽量不在等待中浪费时间。 在实际的产品中，异步可以增强用户体验，比如常见的消息机制，就是异步程序设计的优雅体现。

阻塞和非阻塞通常用来形容多线程间的影响。 比如一个thread1占用了临界区（主内存共享资源），另外的线程需要等待thread1使用完资源之后释放完成，才能获得资源锁。所有的等待都会导致线程挂起，导致资源占用阻塞。

死锁： 比如在双车道高速公路上并行的两辆车A、B，A想拐到B车道，B想转到A车道。现在则会发现互相等待对方开走，但是对方一直往这边转过来，一直僵持。。。这在程序中的多个线程互相等待就是死锁。

## **有关并行地两大定律** ##

*  [阿姆达尔定律][Link 1]

阿姆达尔定律是计算机并行重要的定律。定义了串行系统并行化后的加速比的计算公式和理论上限。

加速比 = 优化之前系统耗时 / 优化后系统耗时

![这里写图片描述][SouthEast 1]

假设有n个处理器，t1表示优化前耗时，tn表示经过n个处理器优化后的耗时，f是程序中只能串行执行的比例。

则 tn = t1 \* ( f + (1 - f) / n )

加速比 = t1/tn

![这里写图片描述][SouthEast 2]

我们可以分析出， 串行比例越低且处理器越多，加速比越高，程序优化效率越高。  
如果串行比例占2/3，则无论处理器再多，最大加速比也只能达到1.5。

理想效果是，全部并行，最大加速比为 n。可以根据增加处理器无上限增强程序效率。

*  古斯塔夫森定律

古斯塔夫森定律也是在表明处理器个数、并行比例和加速比之间的关系。

执行时间： 串行时间a + 并行时间b

优化后时间： a + nb、

加速比： (a + nb) / (a + b)

f串行比例 ： a / (a + b)

加速比 ：  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

如果串行比例很小，那个加速比就是处理器的个数。

两个定律最低点、最高点都是一致的结论：

无可并行的程序，加速比就是1.  
全部是并行程序，加速比就是n。

[SouthEast]: /images/20220614/e7411cd625ce472bbfe314174aebcb80.png
[Link 1]: http://www.phy.duke.edu/~rgb/brahma/Resources/als/als/node3.html
[SouthEast 1]: /images/20220614/0cc9c024bf6340d7ab9b37b2a7f466c4.png
[SouthEast 2]: /images/20220614/702d49cbe4314ff2abf8279c4a74e0a1.png
[SouthEast 3]: /images/20220614/fee08db23d2944cd94143dc33b4dd52b.png

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