Mit Intel Threading Building Blocks parallel programmieren

Über die Intel Threading Building Blocks haben wir schon das ein oder andere Mal berichtet, aber eine gründliche Betrachtung stand bisher noch aus. Bisher!

Die Intel TBB lassen sich in sechs fundamentale Einzelteile zerlegen:

1. Algorithmen
2. Container
3. Memory Allocator
4. Mutual Exclusion
5. Timer
6. Task Scheduler

1. Die TBB-Algorithmen richten sich vor allem an parallel ausführbare Schleifenkonstrukte, aber auch Sortieralgorithmen lassen sich mithilfe der TBB recht problemlos parallelisieren. Die zugehörigen Funktionen nennen sich parallel_for, parallel_reduce, parallel_scan, parallel_while, parallel_pipeline und parallel_sort. Eine genauere Betrachtung dieser Funktionen findet auf dem Software Dev Blog in einem späteren Beitrag statt.

2. Die Intel TBB setzen sich aus drei Containern zusammen: queue, vector und hash table. Diese Container findet man zwar auch in den Standard Template Libraries von C++ und Fortran, diese sind allerdings weniger thread-sicher als die der Intel TBB.

3. Der Memory Allocator der Intel TBB ist äußerst skalierbar und daher in der Lage, gemeinsam genutzten Speicher auf mehrere Threads so zu verteilen, dass sich diese nicht gegenseitig behindern. Damit kümmert sich der Allocator der TBB um das gleichzeitige Ausführen der wichtigsten Funktionen wie malloc, new und delete.

4. Die Mutual Exclusions der Intel TBB kümmern sich um konsistente Daten bei der Ausführung paralleler Funktionen. Es geht also um das Sperren und Freigeben von Daten (Lock und Unlock) während der Ausführung verschiedener Threads. Somit ist gewährleistet, dass sich Threads bei der Manipulation von Daten nicht ins Gehege kommen, was zu richtigen Ergebnissen führen soll.

5. Die in den Intel TBB implementierte Timing-Funktion – also das Ermitteln der Programmdauer per Subtraktion zweier Uhrzeiten – ist für viele Entwickler ein wichtiger Aspekt. Von Bedeutung dabei ist aber auch ein Ergebnis, auf das man sich selbst dann verlassen kann, wenn der zugehörige Thread auf mehreren Prozessorkernen parallel ausgeführt wird.

6. Eine Kernfunktion der Intel TBB ist der Task Scheduler, der die Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben, die mithilfe der Algorithmen aus Punkt 1 definiert werden, auf die vorhandenen Threads, also Prozessorkerne, optimal verteilt. Um dies zu garantieren, beherrscht der Task Scheduler das Load Balancing, was dazu führt, dass parallele Aufgaben möglichst effizient von den vorhandenen CPU-Cores ausgeführt werden. Folge: Maximale Performance der Anwendung!