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自發(fā)表“老子是偉大的多核計(jì)算科學(xué)家”（欲看此文，請(qǐng)點(diǎn)這里）一文來(lái)，收到許多網(wǎng)友的強(qiáng)烈反響，褒揚(yáng)者有之，砸板磚者亦有之。不過(guò)板磚數(shù)量倒是在我的意料之中，凡是跟哲學(xué)或者說(shuō)是玄學(xué)的東西沾上邊的，總會(huì)招來(lái)一陣口舌之爭(zhēng)。雖然砸板磚者也沒(méi)有說(shuō)出任何反駁的道理來(lái)，但是并不代表那篇文章就很完美，沒(méi)有不足的地方。實(shí)際上那篇文章中只涉及了多核編程的一個(gè)層面的思想，還有另外三層思想沒(méi)有被提及，這也許可以算作是那篇文章的不足之處吧。為彌補(bǔ)其不足之處，下面從四個(gè)層面來(lái)闡述多核編程的基本思想。

第一層  先天·方法·策略層

第一層的基本思想就是“老子是偉大的多核計(jì)算科學(xué)家”一文中所提及的幾個(gè)基本思想：“貪心”、“自私”、“偷”等。這些東西是先天存在的，是人類的一種本能，它又可以看作是方法、策略，因此把這層叫作“先天·方法·策略層”。

先天的方法策略并不限于“貪心”、“自私”、“偷”這三種，去年的SD大會(huì)上，我講過(guò)一個(gè)基于搶奪的分布式內(nèi)存管理算法，說(shuō)明“搶”也是一種先天的方法策略。所謂：

“人之初，性本貪，性自私，性喜偷，性喜搶?！?/span>

為避免誤解，這里先說(shuō)明一下，這里所說(shuō)的“偷”、“搶”和通常意義的偷、搶并不完全相同?！巴怠焙偷兰乙饬x上的偷是同一個(gè)含義，即“不與取”之意；“搶”則是取“不歸還”之意。

昔范蠡云：“且夫天輿弗取，反受其咎”。既然上天給了我們這么多好的方法策略，不用它的話顯然是一種糟蹋。在多核編程中如何使用這些策略來(lái)進(jìn)行編程，開(kāi)源項(xiàng)目TBB中可以找到詳細(xì)的代碼例子。

第二層  目標(biāo)·需求·評(píng)價(jià)層

先天的方法策略，雖然看似簡(jiǎn)單，但要用好它并不是一件容易的事情。自私、貪心、偷、搶等先天方法既可以用來(lái)做好事，也可以用來(lái)做壞事。這就牽涉到如何評(píng)價(jià)是否用好了這些先天方法策略的問(wèn)題，也就是第二層目標(biāo)·需求·評(píng)價(jià)層所需要解決的問(wèn)題。

并不能為了使用先天方法策略而使用它，而是用它來(lái)滿足我們的需求，到達(dá)一定的目標(biāo)。那么這個(gè)需求和目標(biāo)是什么呢？

在這里不想對(duì)一般的需求進(jìn)行分析，只分析優(yōu)化方面的需求。要達(dá)到優(yōu)化，可以理解為各種資源的有效利用，可能有很多人已經(jīng)有這方面的理解^【1】。這些資源可以分為以下幾個(gè)方面：

1）時(shí)間資源， 時(shí)間資源指的就是時(shí)間，比如一段程序或算法需要運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間。

2）空間資源，如內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、各種IO設(shè)備資源等均屬于空間資源。

3）計(jì)算資源，如CPU、GPU、各種板卡上的處理器等均屬于計(jì)算資源。

4）能源資源，通常指的是電能的消耗量，由于全球變軟，環(huán)保問(wèn)題的日益重要，這個(gè)在以往被忽視的資源也變得重要起來(lái)。

如何有效利用上述資源，并在各種資源利用間取得均衡，是制定目標(biāo)和需求的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)程序或算法優(yōu)化程度的基礎(chǔ)。

第三層  本質(zhì)·根源·保障層

資源的有效利用，可不是一件簡(jiǎn)單的事情。在單核時(shí)代，許多程序員已有時(shí)間資源和空間資源的利用及均衡方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，那時(shí)幾乎不用考慮計(jì)算資源的利用問(wèn)題，因?yàn)樘幚砥髦挥幸粋€(gè)。

然而，在多核系統(tǒng)中，計(jì)算資源的利用成了頭號(hào)問(wèn)題，多個(gè)處理器的使用，使得程序員必須考慮如何將程序在各個(gè)處理器上并行地執(zhí)行，這就牽涉到一個(gè)負(fù)載均衡問(wèn)題。

負(fù)載均衡問(wèn)題歷來(lái)屬于難題，由于客觀上存在大量的共享資源，各種不同的共享資源情況復(fù)雜，并不能簡(jiǎn)單地將負(fù)載平均一下就攤到各個(gè)CPU核上去執(zhí)行。那么用什么來(lái)保障負(fù)載平衡呢？如何去達(dá)到資源有效利用的終極目標(biāo)需求呢？

要保障目標(biāo)需求的實(shí)現(xiàn)，其核心就是公平、正義問(wèn)題。當(dāng)然，對(duì)公平、正義這兩個(gè)詞的理解，現(xiàn)實(shí)情況中存在多種解釋，這里采用更廣義的解釋，凡是可從正確的前提通過(guò)邏輯推導(dǎo)出來(lái)的定義，均視做正義，例如自然科學(xué)中的所有公理、定理及推論，均屬于正義。在人類社會(huì)中，一些公認(rèn)的道德標(biāo)準(zhǔn)、法律條文，也屬于正義。

以動(dòng)態(tài)偷取的調(diào)度算法為例，一般都是設(shè)計(jì)成每個(gè)線程一次偷取一個(gè)任務(wù)，實(shí)際上已經(jīng)隱含地使用公平正義對(duì)偷取的數(shù)量做了限制，倘若不如此，任由一個(gè)線程一次將隊(duì)列中所有任務(wù)都偷走，那么其他線程就偷不到任務(wù)了，這樣就會(huì)出現(xiàn)負(fù)載不均衡，無(wú)法有效地利用多個(gè)處理器的計(jì)算資源。

再比如基于搶奪的內(nèi)存分配算法，每個(gè)線程使用了共享內(nèi)存后，它并不返回給它的屬主線程，而是據(jù)為己有，這樣時(shí)間一長(zhǎng)，必然有某些線程占有了過(guò)多的內(nèi)存資源。為了解決這個(gè)問(wèn)題，解決方法就是每次搶完后，都需要判斷一下自己占有的內(nèi)存數(shù)量是否過(guò)多，過(guò)多的話則主動(dòng)將一部分內(nèi)存歸返給公共內(nèi)存池，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡?？梢钥闯龌趽寠Z的內(nèi)存分配算法中也使用了公平、正義以確保負(fù)載均衡。

公平、正義問(wèn)題可以說(shuō)是算法之本，全局效率之源。為什么這么說(shuō)呢？不妨看看現(xiàn)在美國(guó)發(fā)生的次貸危機(jī)，其根本原因是由于銀行將貸款發(fā)放給無(wú)償返能力的客戶所造成的。從公平、正義的角度看，實(shí)質(zhì)上是銀行為了自身的貪心、自私，違反了基本的公平、正義問(wèn)題。次貸危機(jī)的后果，無(wú)需我多言，大家均已看到?？梢?jiàn)，沒(méi)有公平正義，貪心、自私等先天方法策略必然會(huì)被濫用，其結(jié)果必然導(dǎo)致全局的不優(yōu)。

由此可見(jiàn)，公平、正義是保障貪心、自私、偷、搶等先天方法策略得以正確使用的前提條件。本層名稱中的本質(zhì)、根源、保障，說(shuō)的就是公平、正義。

需要提及的是，在人類社會(huì)的現(xiàn)實(shí)中，由于人是有情感的，公平正義在執(zhí)行中總會(huì)存在偏差，這時(shí)就需要仁愛(ài)來(lái)彌補(bǔ)其不足，這也許是儒家思想能夠流傳兩千多年而不滅的根本原因。當(dāng)然，如果把仁愛(ài)思想也看作是道德標(biāo)準(zhǔn)的一部分的話，按照前面給出的正義的定義，其實(shí)仁愛(ài)也屬于正義的范疇。

第四層  算法·實(shí)現(xiàn)·執(zhí)行層

通過(guò)上面三個(gè)層面的闡述，可以知道先天的方法策略是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的基本手段，資源有效利用則是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的目標(biāo)需求及評(píng)價(jià)條件，公平、正義則是保障先天的方法策略合理使用的前提條件。是不是有了這幾樣?xùn)|西就可以做到達(dá)成優(yōu)化的最終結(jié)果呢？

答案是“非也”。如果上面那幾個(gè)東西就可以達(dá)成優(yōu)化的結(jié)果，那么從街上隨便抓個(gè)人恐怕都可以寫(xiě)出很好的多核程序來(lái)了，還要程序員干嘛，還要去學(xué)習(xí)多核編程的各種模式、技巧及算法干嘛？

就像學(xué)了牛頓力學(xué)一樣，有些人可以設(shè)計(jì)出摩天大廈，造出各種機(jī)械，有些人卻啥也做不了。何也？運(yùn)用好壞之不同也。要寫(xiě)出好的多核程序，同樣牽涉導(dǎo)如何運(yùn)用上面三層中的基本原理思想方法的問(wèn)題，而要用好這些基本原理思想，更多的還是要靠程序員自身的知識(shí)及能力，最終依賴于算法或程序的具體實(shí)現(xiàn)。就像有了道家，儒家，卻仍然少不了法家、農(nóng)家、醫(yī)家等各個(gè)領(lǐng)域的諸子百家。

怎樣寫(xiě)出好的多核算法或程序來(lái)？ “好好學(xué)習(xí)、天天向上”是也^【2】。

 

 

備注：

【1】 08年深秋，與孟巖先生在上海相聚，一起聊到對(duì)多核計(jì)算的理解時(shí)，他談起了各種資源如CPU資源的有效利用問(wèn)題。

【2】 關(guān)于學(xué)習(xí)寫(xiě)多核程序，提供一些學(xué)習(xí)材料給大家參考如下。

1） 
TBB開(kāi)源項(xiàng)目：  http://www./ 

曾有人說(shuō)過(guò)：“源代碼是最好的文檔”。這個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目的內(nèi)容不僅是目前多核編程方面做得最好的，更重要的是它里面還掛有很多其他并行計(jì)算方面的開(kāi)源項(xiàng)目的鏈接，因此值得上去看一看。

2）  “多核編程高處并不“寒””，文章地址： http://news.csdn.net/n/20081107/120632.html

當(dāng)然這條和最后一條都有給我自己做廣告的嫌疑，之所以不計(jì)嫌疑地推薦大家看這篇文章， 主要的原因是這篇文章里有我對(duì)現(xiàn)在市面上有關(guān)多核編程和并行計(jì)算書(shū)籍的一個(gè)點(diǎn)評(píng)?？梢越o大家購(gòu)買書(shū)籍作為一個(gè)參考。

3）Intel軟件社區(qū)多核論壇：http://forum.csdn.net/Intel/IntelMulti-core/

4）我的博客：http://blog.csdn.net/drzhouweiming  

里面有一些關(guān)于多核編程方面的文章。

 

上面列出的學(xué)習(xí)材料沒(méi)有包括多線程編程的基礎(chǔ)方面的書(shū)籍資料，這方面的資料網(wǎng)絡(luò)上可以搜索到一大批，出版過(guò)的書(shū)籍眾多，請(qǐng)恕我在這里不一一列出。