Т. Пратт, М. Зелковиц - Языки программирования - разработка и реализация (4-е издание_ 2002) (1160801), страница 145
Текст из файла (страница 145)
Нередко встречаются матрицы, состоящие из миллионов точек, и их перемножение 11,4, Архитектура программного обеспечения 523 требует миллионов или миллиардов операций. Поскольку при перемножении матриц производится умножение рй строки матрицы А на)-й столбец матрицы В для всех)и ) то кзш-память фактически не оказывает влияния на производительность, так как данные приходится извлекать практически из любой области оперативной памяти, Вместо этого при низкоуровневом подходе к параллельному вычислению матрица разбивается на нсбольшис сегменты, каждый пз которых обрабатывается отдельным процессором. Часто такие матрицы являются разреженньыш, то есть большинство их элементов представлено нулями. В таком случае многие сегменты матриц также являются нулевыми и нх можно не учитывать при умножении.
Языковые конструкции типа сечений важны при создании алгоритмов, использующих преимущества архитектур низкоуровневого параллельного вычисления. 11.4. Архитектура программного обеспечения Большинство языков программирования основано на дискретной модели выполнения. Это означает, что программа начинает выполненно, азатом в определенном порядке она: 1) считывает соответствующцс данные нз локальной файловой системы; 2) генерирует некоторые результаты; 3) записывает данные в локальную файловую систему. Это описание ясно показывает супгествованис двух классов данных временных (Ггапз1епт) данных, время жцзни которых ограниче~ю временем выполнения программы, и сохраняемг и; или хранимых (регз1згепс), данных, время жизни которых превосходит время выполнения программы.
Традиционно временные данные— это объекты, определяемые используемым языком программнровання, и большинство расслютренных ранее объектов принадлежит именно к этому классу. Сохраняемые данные в основном относятся к области систем баз данных или файловых систем, При выполнении программы сохраняемые данные с ~итываются нрограммой во временные данные, а затем временные данные псрезаписываются обратно в постоянные хранилища сохраняемых данных. 1 1.4.1. Сохраняемые данные и системы транзакций Для большинства приложений разделение данных на времснныс и сохраняемые об ьскты довольно удобно, и оно отлично служило пам в течение многих лет. Тем не менее существуют приложения, в которых эта модель оказывается совершенно неэффективной.
Рассмотрим систему предварительных заказов (например, билетои па самолет нлп поморов в гостннипе). Желательно, чтобы такая система работала непрерывно, так как заказ может появиться в любое время. Но в таком случае весьма неэффективными окажутся считывание хранимых данных, описывающих состояние заказов в целом, изменение этого состояния с учетом вновь поступив- 524 Глава 11. Распределенная обработка данных шей информации и последующая перезапись заказов обратно в места их постоянного хранении.
Систему предварительных заказов можно было бы переделать таким образом, чтобы вся база данных была представлена в программе в виде обычного массива, а сама программа в бесконечном цикле ожидала бы новых запросов. Это позволило бы избежать необходимости повторного чтения данных каждый раз, когда требуется обновление базы данных заказов. Проблема при таком решении возникнет, если произойдет отказ в работе программы (например, из-за программной ошибки или снижения напряжения в сети электропитания), — все временные данные будут потеряны.
Мы лишились бы содержимого нашей системы предварительных заказов. Эта проблема решается с помощью языка программирования, поддерживающего сохраняемые данные. В данном случае различие между сохраняемыми и временными данными отсутствует. Все изменения, вносимые программой во временные переменные, немедленно отражаются в изменении базы данных сохраняемых значений, и при этом нет необходимости в начале выполнения программы считывать данные из постоянного места хранения во временное, Приведенные две концепции являются совершенно идентичными, приводящими к надежности системы хранения данных, если предполагаются отказы системы во время ее функционирования.
Под языком программирования с сохраняемыми данными мы понимаем такой язык, в котором явным образом не указывается перемещение данных (например, между временным и постоянным местом хранения). В языке Вша!!га!к (раздел 7,2.5) присутствуют некоторые аспекты сохраняемости.
Пользовательская среда классов и методов остается неизменной от одного выполнения к следующему. Тем не менее локальные данные какого-либо метода утрачиваются после завершения его работы. Существует несколько языков, поддерживаюпгнх концепцию сохраняемых данных (например, т !94!), которые действительно сохраняют целостность данных в случае отказа программы. Разработка языка программирования с сохраняемыми данными требует использования тех же самых концепций, которые применяются в разрабютках традиционн ых языков типа С или Разов!. Однако поддержка сохраняемых данных накладывает несколько дополнительных проектных ограничений на разработку языка [94]. 1, Необходим механизм для обозначения того, что данный обьект является сохраняемым. Обычный подход заключается в предположении, что все данные являются временными, и следует указать, какие из них должны быть сохраняемыми. 2.
Необходим механики для адресации сохрапяемыхобьектов. Часто используется файловая структура операционной системы, хотя это и пс обязательно. В языке может быть разработана своя модель хранения подобных объектов. Однако необходим механизм, позволяющий двум различным программам, разработанным с помощью этого языка, получать доступ к одному и тому же сохраняемому объскз у. 3. Необгодимо синхронизировать одновременный доступ к индивидуальному сохраняемому обьекту. Для этого существуют хорошо разработанные методы, например использование семафоров (см.
раздел 11.2.5). 11.4. Архитектура программного обеспечения 525 1. Необходиио проверять совместимость тинов сохраняемых обьвктов. Поскольку один и тот же сохраняемый объект может использоваться в различных программах, то эквивалентность объектов на основе эквивалентности имен использовать довольно трудно, По этой причине структурная эквивалентность является предпочтительным методом в языках с сохраняемыми данными. 11.4.2. Сети и клиент-серверные вычисления Все приведенные рассуждения наводят на мысль, что программы обычно пишутся для доступа к локальным хранилищам данных и получения некоторых результатов, после чего они должны завершаться.
Компьютер при этом рассматривается как машина, используемая для решения поставленной задачи. По мере того как машины становились более быстродействующими и дорогими, разрабатывались мультипрограммные системы и к машинам добавлялись терминалы, чтобы позволить болыпему количеству пользователей одновременно получить доступ к компьютеру.
Ситуация начала меняться в начале 80-х гг. в связи с появлением мини-компьютеров и позже — микропроцессоров (тоесть персональных компьютеров). По мере того как машины уменьшались в размерах и становились территориально рассредоточенными, возник интерес к развитию технологий, обеспе швающих возможность коммуникации между этими распрсделеннымц машинами. Начавшисьссети АКРАХЕТ (Адгапсед Кезсагсп Рго)ест Аяепсу )чели от)г) в 70-х гг., коммуникационные технологии па основс высокоскоростных линий связи продолжали развиваться с распространением Интернета в 90-х гг. прошлого столетия.
В настоящее время практически все компьютеры имеют возможность связываться с другими компьютерами с помо~пьк> высокоскоростных линий свжиь Такие протоколы, как Х.25 и ТСРу( 1' обсспе швают надежность передачи информации между двумя рассредоточенными компьютерами. Мы называем процессоры, связанные коммуникационными линиями связи, компьютерной сетью. В разделе 11.3 описаны системы с нвносредьтпвепными связями (сильно связанные системы). В них выполнение нескольких программ осуществляется параллельно с использованием мультипроцессорных архитектур и такими аппаратными технологиями, как, например, конвейерная обработка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
