C言語による並列処理手法
コンピューターのマルチコアおよびマルチスレッドの処理能力を最大限に活用してプログラムを開発することにより、並列プログラムの設計の肝はプログラムのパフォーマンスと効率を向上させることにある。
並行プログラムを設計するための一般的手順を以下に示します。
- 解析処理の計算負荷の高い部分を特定する: まず、プログラム内で計算負荷が高い部分、つまり完了するまでに長い時間を要する計算タスクを特定します。これらの部分は、並列化の候補となります。
- 計算負荷の高いタスクを複数のサブタスクに分け、それぞれを異なる計算コア上で並列実行する。
- 並行タスク間の通信が必要になる場合は、メッセージングや共有メモリなど、適切な通信メカニズムを設計する必要があります。
- 分割されたタスクと通信機構に基づいて、並列計算を実現する適切な並列アルゴリズムを設計している。
- 並列アルゴリズムの設計に従って、OpenMP、MPIなどの並列プログラミング言語またはCUDA、OpenCLなどの並列プログラミングフレームワークを使用して、並列プログラムを実装する。
- 並列処理の最適化: 通信コストの低減、負荷の均等化、並列化アルゴリズムの複雑度の低減など、並列処理のパフォーマンスを最適化します。
- デバッグ並列プログラム：並列プログラムのデバッグとテストを行い、正しく動作し、予期する性能要件を満たすことを確認する。
並列処理プログラムの設計は、特定のアプリケーション領域とコンピュータハードウェア環境とを組み合わせて、並列計算の利点を十分に引き出すことが求められます。また、並列処理プログラムの設計の際は、データ競合やデッドロック、スターベーションといった並列プログラミングで一般的に発生する問題を避けることも重要です。
