多核并行编程培训课程

课程名称：多核并行编程与并发数据结构设计

 

培训对象

系统软件工程师、高性能计算应用开发人员、后端服务开发者。

 

培训目标

• 掌握多线程编程的基本模型（POSIX 线程、OpenMP、C++ 线程）。

• 理解并发数据结构的实现原理与设计模式。

• 能够分析并解决多核编程中的性能瓶颈与并发问题。

 

培训内容介绍

1. 并行计算基础：并行性与并发性的区别；任务并行 vs 数据并行；Amdahl 定律与 Gustafson 定律。

2. 线程与进程：进程与线程的资源开销对比；POSIX 线程的创建、管理与同步；C++11 线程库的使用。

3. 同步原语：互斥锁（Mutex）的实现原理；读写锁（RWLock）的适用场景；信号量（Semaphore）与条件变量（Condition Variable）。

4. 原子操作与无锁编程：原子操作的硬件支持（CAS、LL/SC）；C++11 原子库；无锁编程的 ABA 问题与内存顺序。

5. 并发数据结构：并发队列的实现（锁队列、无锁队列）；并发哈希表的设计；并发计数器与性能伸缩性问题。

6. 锁的优化技术：细粒度锁与锁分桶；读写锁的优化；自旋锁与互斥锁的选择；避免死锁的设计模式。

7. OpenMP 并行编程：OpenMP 的并行区域；工作共享结构（for、sections、task）；数据环境与变量共享；同步机制（critical、atomic、barrier）。

8. 任务级并行：任务的概念与任务调度；C++ 任务并行库（Task Parallelism）；线程池的设计与实现。

9. 伪共享与缓存一致性：缓存行的概念；伪共享（False Sharing）的识别与避免；数据对齐与填充技术。

10. 并发编程模式：生产者-消费者模式；工作窃取（Work Stealing）算法；流水线并行模式。

11. 并发程序的调试与测试：数据竞争检测（Helgrind、ThreadSanitizer）；死锁检测；并发程序的压力测试方法。

12. 综合实战项目：设计并实现一个高性能并发哈希表，支持无锁读与细粒度锁写，并测试其在多核环境下的性能扩展性。

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