PARALLEL

Was ist ein Parallel-Abschnitt?

Das PARALLEL-Element dient zur Darstellung einer Gruppe von nebenläufigen Threads, die beim Eintritt in das PARALLEL-Element gestartet werden und auf deren Beendigung am Ende des PARALLEL-Elements gewartet wird, d. h. das PARALLEL-Element wird erst verlassen, nachdem alle gestarteten Threads ihre jeweiligen Algorithmen abgeschlossen haben. Auf diese Weise enthält der Parallel-Abschnitt eine Synchronisation.

Wie sollte ein Parallel-Abschnitt aufgebaut sein?

Während Sie beliebige Anweisungen in den parallelen Zweigen einfügen dürfen, ist die übliche Praxis, die Threads durch Unterroutinen-Aufrufe darzustellen. Einige Programmiersprachen (und der StrukTeX-Export) erwarten sogar, dass die Threads (Zweige) Aufrufe von Thread-Funktionen mit einer bestimmten Signatur sind. Dies macht Sinn, da andernfalls ein hohes Risiko gegenseitiger Auswirkungen auf gemeinsame Variablen bestünde, was zu Wettlaufsituationen, Inkonsistenzen und widersprüchlichen Ergebnissen führen würde. (Wenn die entsprechende Analyser-Option aktiviert ist, erhalten Sie Warnungen bei einigen offensichtlichen potenziellen Inkonsistenzen.)

Code-Export

Derzeit gibt es für viele der Code-Exportsprachen eine Strategie zur Umwandlung von PARALLEL-Elementen in funktionierenden Multithreading-Code, z. B. C++, C#, Java, Python, Perl und bash/ksh. In der Regel werden zunächst Worker-Klassen oder Funktionsobjekte aus den Zweigen des PARALLEL-Elements definiert, dann wird für jeden ein entsprechender Thread gestartet, und nach dem Warten auf deren Beendigung werden die in den Threads zugewiesenen Variablenwerte für die weitere Verwendung im Hauptthread extrahiert. Für Zielsprachen ohne Multithreading-Unterstützung (z. B. gibt es für C keine systemunabhängige Thread-Unterstützung in den Standardbibliotheken) oder ohne vollständige Generatorunterstützung serialisiert der Code-Export lediglich die Zweige der PARALLEL-Elemente, markiert diese jedoch mit auffälligen Kommentaren, sodass der Benutzer selbst eine nebenläufige Lösung suchen kann.

Ausführung / Debugging

Der Executor ist übrigens nicht in der Lage, die Threads tatsächlich parallel auszuführen. Stattdessen versucht er, die Nebenläufigkeit zu simulieren, indem er zufällig fällige Anweisungen aus dem Pool der noch nicht beendeten Threads auswählt. Dies geht jedoch nicht tiefer als nur auf der ersten Anweisungsfolgenebene. Daher werden Schleifen, Aufrufe usw. stets vollständig im sequenziellen Modus ausgeführt, bevor der Thread die Kontrolle an einen anderen wartenden abgibt.

Wie fügen Sie ein PARALLEL-Element hinzu?

1. Wählen Sie das Element aus, vor oder nach dem ein PARALLEL-Element eingefügt werden soll.
2. Klicken Sie auf den entsprechenden Eintrag im Kontextmenü oder auf die rot markierte Symbolleisten-Schaltfläche im Bild (optional mit gedrückter <Shift>-Taste) oder drücken Sie die Taste <F13> (Versionen ≤ 3.29-12) oder die Tastenkombination <Ctrl><F6> (Versionen ≥ 3.29-13).
3. Wenn der Element-Editor öffnet, schreiben Sie einfach die Anzahl der parallelen Threads in das Textfeld — nicht mehr und nicht weniger. Nur eine konstante Kardinalzahl ist hier gültig. Für erläuternden Text verwenden Sie den Kommentartextbereich.

   

   Wenn Sie ein vorhandenes PARALLEL-Element bearbeiten, beachten Sie, dass beim Verringern der Zweiganzahl die überzähligen Threads automatisch entfernt werden. (Wenn Sie also eine Sicherungskopie von ihnen möchten, erstellen Sie diese vorher. Sie können die Thread-Anzahlreduzierung und damit die Entfernung natürlich rückgängig machen, falls Sie das Sichern vergessen haben.)

   

4. Fügen Sie wie gewohnt Elemente in die Zweige ein — jeder Zweig verhält sich wie eine gewöhnliche Anweisungsfolge —, aber beachten Sie die einleitenden Hinweise: Es ist vorzuziehen, die Threads jeweils aus einem einzigen Unterroutinen-Aufruf bestehen zu lassen, wie in der folgenden rekursiv-parallelen Implementierung eines QuickSort-Algorithmus (zur besseren Erkennung wurden die beiden nebenläufigen Threads unterschiedlich eingefärbt):

   

   Die Ausführungsreihenfolge der grünen und der türkisen Aufrufe wird zufällig gewählt.