Intel Threading Building Blocks

Intel Threading Building Blocks (znane także jako TBB) jest biblioteką szablonów C++ zaprojektowaną przez korporację Intel oraz przeznaczoną do tworzenia oprogramowania wykorzystującego procesory wielordzeniowe (ang. multi-core processors). Biblioteka definiuje oraz udostępnia struktury danych oraz algorytmy umożliwiające programiście uniknięcie typowych komplikacji pojawiających się podczas wykorzystywania natywnych mechanizmów obsługi wątków, takich jak wątki POSIX czy wątki Windows. Biblioteka TBB uabstrakcyjnia dostęp do wielu wątków poprzez traktowanie operacji jako zadań (tasks), które są przydzielane wybranym rdzeniom dynamicznie przez odpowiedni silnik biblioteki oraz poprzez efektywne wykorzystywanie cache'u.

Program TBB tworzy, synchronizuje oraz usuwa struktury zależnych zadań (taksów) w zależności od samych algorytmów. Następnie zadania są wykonywane z zachowaniem struktury zależności. To przybliża TBB do rodziny rozwiązań przeznaczonych dla programowania równoległego poprzez próbę uniezależnienia programu od samej warstwy sprzętowej.

Implementacja

TBB implementuje "task stealing" (podkradanie zadań) balansując obciążenia równolegle pracujących procesorów w celu zwiększenia efektywności wykorzystania rdzeni. Modle TBB "task stealing" jest podobny do modelu "work stealing" wdrożonego w Cilk. Oryginalnie obciążenie zadaniami jest rozłożone proporcjonalnie na wszystkie dostępne rdzenie procesorów. Jeśli któryś z rdzeni wykona swoje zadania w chwili kiedy pozostałe nadal posiadają swoje zadania w kolejkach, TBB przekierowuje cząstka zadań przeznaczonych początkowo dla zajętych rdzeni oraz przydziela je wolnemu rdzeniowi. Takie dynamiczne mechanizmy uniezależniają programistę od maszyny, pozwalając aplikacji napisanej z wykorzystaniem odpowiednich bibliotek do skalowania oraz wykorzystywania dostępnych procesorów bez potrzeby zmieniania kodu programu.

Zawartość biblioteki

TBB jest kolekcją komponentów przeznaczonych do programowania równoległego:

• Podstawowe algorytmy: parallel_for, parallel_reduce, parallel_scan
• Zaawansowane algorytmy: parallel_while, parallel_do,pipeline, parallel_sort
• Struktura danych: concurrent_queue, concurrent_vector, concurrent_hash_map
• Skalowalna alokacja pamięci: scalable_malloc, scalable_free, scalable_realloc, scalable_calloc, scalable_allocator, cache_aligned_allocator
• Wzajemne wykluczanie: mutex, spin_mutex, queuing_mutex, spin_rw_mutex, queuing_rw_mutex, recursive mutex
• Operacje jednostkowe: fetch_and_add, fetch_and_increment, fetch_and_decrement, compare_and_swap, fetch_and_store
• Timing: portable fine grained global time stamp
• Task Scheduler: bezpośredni dostęp do kontroli kreacji oraz aktywacji zadań.

Historia

Wersja 1.0 była wprowadzona przez Intela 29 sierpnia 2006, rok po wprowadzeniu pierwszego procesora dual-core x86 Intela, Pentium D.

Wersja 1.1 była wprowadzona 10 kwietnia 2007. Ta wersja udostępniła auto_partitioner który daje automatyczną alternatywę dla ręcznego ustalania wielkości elementów, na które dzielone są taski. Wersję dodano do kompilatora Intel C++ 10.0 Professional Edition

Wersja 2.0 była wprowadzona 24 lipca 2007. Zawiera ona kod źródłowy oraz edycję open source project^[1]. Użyta tej samej licencji open source, co w przypadku GNU Compiler Collection C++ standard library, oraz GPLv2 razem z "runtime exception" (z powodu poważnej części kodu wchodzącego w skład produktu kompilacji). TBB jest nadal dostępne w wersji komercyjnej (bez kodu źródłowego) z supportem oraz bez różnic funkcjonalnych w porównaniu do wersji open cource.

Wersja 2.1 była wprowadzona 22 lipca 2008. Wprowadzono funkcjonalności takie jak task-to-thread affinity, cancellation support, exception handling, oraz portable thread wrapper.

Wersja 2.2 była wprowadzona 5 sierpnia 2009. [1] Wprowadziła ona wsparcie dla funkcji lambda w C++0x.

Wersja 3.0 była wprowadzona 4 Maja 2010. Ma wiele usprawnień, z którymi da się się zapoznać tutaj: (nullsoftware.intel.com/en-us/blogs/2010/05/04/tbb-30-new-today-version-of-intel-threading-building-blocks/)

Wspierane systemy operacyjne

Komercyjna wersja 3.0 TBB wspiera Microsoft Windows (XP albo nowszy), Mac OS X (wersja 10.4.4 albo nowsza) parę wielorakich typów Linux z wykorzystaniem wielorakich kompilatorów (Visual C++ (wersja 8.0 albo wyższa, tylko na systemach Windows), Kompilator Intel C++ (wersja 10.1 albo wyższa) albo Kolekcja kompilatorów GNU (gcc))^[2]. Dodatkowo, społeczność open source TBB stworzyła patche dla SUN Solaris^[3], PowerPC, Xbox 360, QNX Neutrino oraz FreeBSD.

Systemy Open Source

Szablon:As of, TBB jest dostępne we FreeBSD oraz było dołączone do dystrybucji GNU/Linux oraz Sun Solaris:

• Red Hat Fedora
• Novell openSUSE
• Canonical Ubuntu
• Turbolinux
• Red Flag Asianux
• Debian
• Gentoo
• Sun Solaris
• Sun OpenSolaris

Sprawdź też

• Grand Central Dispatch
• Parallel computing
• List of C++ template libraries
• Algorithmic skeleton
• Concurrent Collections
• Intel Parallel Studio
• Intel Software Network (wsparcie oraz dyskusja)

Przypisy

Bibliografia

• Reinders, James (2007, July). Intel Threading Building Blocks: Outfitting C++ for Multi-core Processor Parallelism (Paperback) Sebastopol: O'Reilly Media, ISBN 978-0-596-51480-8.
• Voss, M. (2006, October). "Demystify Scalable Parallelism with Intel Threading Building Blocks' Generic Parallel Algorithms."
• Voss, M. (2006, December). "Enable Safe, Scalable Parallelism with Intel Threading Building Blocks' Concurrent Containers."
• Hudson, R. L., B. Saha, et al. (2006, June). "McRT-Malloc: a scalable transactional memory allocator." Proceedings of the 2006 International Symposium on Memory Management. New York: ACM Press, pp. 74-83.

Linki zewnętrzne

• Strona wersji komercyjnej
• Strona wersji Open Source