آموزش C++ Concurrency: C++ Atomics و مدل حافظه Deep Dive

سرفصل ها و درس ها

معرفی Introduction

• ساختار دوره Course Structure

• مقدمه ای بر مدل سخت افزاری ساده استفاده شده در دوره Introduction to simplified hardware model used through the course.

• مدل حافظه C++ از استاندارد تا تولید C++ Memory Model from standard to production

• آزمون بخش Section Quiz

مدل حافظه مدرن C++: نگاهی دقیق تر Modern C++ Memory Model : Closer look

• مدل حافظه را تضمین می کند Memory Model guarantees

• عوامل خارجی مؤثر بر گردش کار اجرای برنامه یک برنامه ++C External factors affecting the program execution workflow of a C++ program

• تعریف سازگاری متوالی در برنامه های کاربردی چند رشته ای Sequential conisistency definition in multithreaded applications

• بررسی سریع Quick Check

• شرایط مسابقه همزمان با توجه به سازگاری متوالی Race condition in concurrency with regard to sequential consistency

• SC-DRF: سازگاری متوالی (بدون مسابقه داده) SC-DRF : Sequential Consistency (Data Race Free)

• نقش مدل حافظه مدرن C++ در تضمین SC-DRF Role of Modern C++ memory model in guarantee of SC-DRF

• بررسی سریع Quick Check

بهینه سازی کد: پشت صحنه Code Optimizations: Behind the scenes

• مثال ساده بهینه سازی Simple optimization example

• بررسی کد مشکل با اجرای همزمان کد چند رشته ای Code walkthrough of issue with the concurrent execution of multithreaded code

• مثال بهینه سازی با کد تک رشته ای Optimization example with single threaded code

• خلاصه و نکات کلی در مورد بهینه سازی کدهای همزمان در C++ مدرن Summary and general tips around optimization of concurrent code in modern C++

• آزمون بخش Section Quiz

همزمانی و موانع Concurrency and barriers

• تفکر در معاملات Thinking in Transactions

• مفهوم بخش بحرانی در برنامه های همزمان و چند رشته ای The concept of critical section in concurrent and multithreaded applications

• ملاحظات همزمانی هنگام انتقال کد به خارج از بخش های حیاتی Concurrency considerations while moving code out of critical sections

• ملاحظات همزمانی هنگام جابجایی کد در داخل بخش های حیاتی Concurrency considerations while moving code inside of critical sections

• بررسی سریع Quick Check

• مفهوم موانع کسب و آزادسازی در مدل‌های حافظه همزمان Concept of acquire and release barriers in concurrency memory models

• ملاحظات در هنگام انتخاب موانع حافظه هنگام طراحی برای چند رشته Considerations while choosing memory barriers while desiging for multithreading

• نگاهی دقیق تر به موانع و ارتباط آنها با ثبات متوالی A closer look at barriers and their relation to sequential consistency

• خلاصه ای از موانع حافظه در برنامه های همزمان Summary of memory barriers in concurrent applications

• تأثیر بهینه‌سازی‌های خارجی بر همزمانی در برنامه‌های C++ مدرن Impact of external optimizations on concurreny in modern C++ applications

• بررسی سریع Quick check

تجزیه و تحلیل عملکرد انواع داده های اتمی در C ++ مدرن Performance analysis of atomics data types in modern C++

• ملاحظات در حین انجام اندازه گیری عملکرد Considerations while making performace measurements

• آزمایش کد توصیه شده توسط دانش آموزان انجام شود. Code experiment recommended to be performed by students.

• کد نمایش رفتار متغیرهای اتمی در عمل Code demonstartion of behavior of atomic variables in practice

• آیا متغیرهای اتمی منتظر یکدیگر هستند؟ Do atomic variables wait for each other?

• اشتراک گذاری نادرست در همزمانی و چند رشته ای False sharing in concurrency and multithreading

• آزمون بخش Section Quiz

مقایسه و تعویض در C++ مدرن Compare and Swap in Modern C++

• مقدمه ای برای مقایسه و مبادله Introduction to compare and swap

• نمونه ای از مقایسه و مبادله Example of compare and swap

• اجرای کد شبه مقایسه و تبادل قوی Pseudo code implementation of compare and exchange strong

• اجرای کد شبه تبادل قوی - سریعتر Pseudo code implementation of compare exchange strong - faster

• مقایسه و تبادل ضعیف - دلیل شکست spurios Compare and exchange weak - reason for spurios failures

• آزمون بخش Section Quiz

مرتب سازی حافظه در چند رشته با مدل حافظه مدرن C++ Memory ordering in multithreading with Modern C++ memory model

• اصول مرتب سازی حافظه به صورت همزمان Memory ordering basics in concurrency

• تفاوت های ظریف سفارش حافظه Memory ordering nuances

• ترتیب حافظه و موانع حافظه در زبان C++ مدرن Memory ordering and memory barriers in modern C++ language

• دستیابی به مانع در مدرن C ++ Acquire Barrier in Modern C++

• آزمون بخش میانی Mid Section Quiz

• Release Barrier در C++ مدرن Release Barrier in Modern C++

• استفاده از موانع کسب و رهاسازی برای همگام سازی در چند رشته ای Using acquire and release barriers for synchronization in multithreading

• استفاده از موانع حافظه به عنوان قفل برای همزمانی کارآمد با C++ مدرن Using memory barriers as locks for efficient concurreny with modern C++

• موانع دو طرفه در مدل حافظه مدرن C++ Bidirectional barriers in Modern C++ memory model

• چرا مقایسه و تبادل در C++ دارای دو پارامتر برای مرتب سازی حافظه است؟ Why does compare and exchange in C++ have two parameters for memory ordering?

• آزمون بخش Section Quiz

ترتیب حافظه: طراحی نرم افزار و ملاحظات عملکرد Memory order : Software Design and performance considerations

• هدف از ترتیب حافظه در مدل حافظه همزمان C++ مدرن Purpose of memory order in modern C++ concurrency memory model

• ترتیب حافظه به عنوان ابزاری برای انتقال مقصود برنامه نویس ++C Memory order as a tool to convey the C++ programmer's intent

• ترتیب حافظه به عنوان هدف برنامه نویس: مثال - 1 Memory order as programmer's intent : Example - 1

• ترتیب حافظه به عنوان هدف برنامه نویس: مثال - 2 Memory order as programmer's intent : Example - 2

• ترتیب حافظه به عنوان هدف برنامه نویس: مثال - 3 Memory order as programmer's intent : Example - 3

• آزمون بخش میانی Mid Section Quiz

• موانع حافظه و پیامدهای عملکرد Memory barriers and performance implications

• سازگاری متوالی و مفاهیم عملکرد Sequential consistency and performance implications

• دستورالعمل های طراحی و پیاده سازی برای استفاده از std::atomics Design and implementation guidelines for using std::atomics

• چه زمانی از اتم های ارائه شده توسط C ++ مدرن استفاده کنیم؟ When to use the atomics provided by the modern C++?

• آزمون بخش Section Quiz

ابزارهایی برای کار با همزمانی و چند رشته ای در C++ در سطح تولید Tools to work with concurrency and multithreading in C++ at production level

• کد آزمایشی: نمونه کدی که برای تولید نتایج ابزارها استفاده می شود Demo code: Walkthrough of code sample being used to genreate results of tools

• بررسی سریع Quick check

• خروجی ابزار برتر از ماشین لینوکس top utility output from Linux machine

• خروجی ابزار htop از ماشین لینوکس htop utility output from Linux machine

• خروجی ابزار perf از ماشین لینوکس perf utility output from Linux machine

• خروجی ابزار gprof از دستگاه لینوکس gprof utility output from Linux machine

• خروجی ابزار Vtune اینتل از دستگاه لینوکس Intel Vtune utility output from Linux machine

• خروجی ابزار Google Orbit از دستگاه لینوکس Google Orbit utility output from Linux machine

• خروجی ابزار Heaptrack از ماشین لینوکس Heaptrack utility output from Linux machine

• خروجی ابزار Valgrind از ماشین لینوکس Valgrind utility output from Linux machine

• ابزارهای hwloc و lstopo hwloc and lstopo utilities

• خروجی ابزار pahole از ماشین لینوکس pahole utility output from Linux machine

• نمایش اشتراک‌گذاری نادرست در برنامه‌های همزمان با استفاده از C++ مدرن Demonstration of false sharing in concurrent applications using modern C++

• ابزارهای دیگر برای کاوش: gdb، gcore، کد ویژوال استودیو، ابزارهای اشکال زدایی Other tools to explore: gdb, gcore, visual studio code, debugging tools

• تست تمرین استفاده از ابزار Tools usage practice test

تست تمرین نهایی Final Practice test

• نتایج زمان اجرا شگفت انگیز Surprising runtime outcomes.

سخنان پایانی Closing remarks

• نتیجه Conclusion

• [سخنرانی پاداش] [Bonus Lecture]