Bài giảng Lập trình hướng đối tượng - Chương 9: Lập trình song song bằng C#

Chương 9

Lập trình song song bằng C#

9.0 Dẫn nhập

9.1 Tổng quát về lập trình song song

9.2 Lập trình multi-process bằng class Process

9.3 Lập trình multi-thread bằng class Thread

9.4 Demo tính hiệu quả của multi-thread

9.5 Demo vấn ₫ề tương tranh giữa các thread ₫ồng thời

9.6 Demo việc giải quyết tương tranh giữa các thread

9.7 Kết chương

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 1

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.0 Dẫn nhập

 Chương này giới thiệu các ₫ối tượng phục vụ ghi/₫ọc dữ liệu

ra/vào file cùng các tác vụ ghi/₫ọc dữ liệu cổ ₫iển ra/vào file.

 Chương này cũng giới thiệu các ₫ối tượng phục vụ ghi/₫ọc hệ

thống ₫ối tượng ra/vào file cùng các tác vụ ghi/₫ọc hệ thống ₫ối

tượng có mối quan hệ tham khảo phức tạp ra/vào file.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 2

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.1 Tổng quát về lập trình song song

 Thường ₫ể giải quyết bài toán nào ₫ó, ta thường dùng giải thuật

tuần tự nhờ tính dễ hiểu, dễ kiểm soát của nó. Chương trình dùng

thuật giải tuần tự khi chạy trở thành process mono-thread hay

process tuần tự.

 Process tuần tự hoạt ₫ộng không hiệu quả vì không lợi dụng triệt

₫ể ₫ược các CPU xử lý trên máy tính vật lý. Lưu ý rằng hiện nay các

máy PC, smartphone hay tablet ₫ều dùng CPU ₫a nhân. Thí dụ

galaxy S4 ở thị trường Việt Nam có 8 nhân.

 Để máy giải quyết bài toán hiệu quả hơn, ta nên dùng thuật toán

song song bằng cách nhận dạng các hoạt ₫ộng có thể thực hiện

₫ồng thời rồi nhờ nhiều CPU thực hiện chúng ₫ồng thời.

 Một trong các phương pháp hiện thực thuật toán song song là lập

trình multi-process và multi-thread.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 3

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.2 Lập trình multi-process bằng class Process

 Môi trường .Net cung cấp class tên là Process ₫ể giúp ta lập trình

multi-process dễ dàng.

 Class Process thuộc namespace System.Diagnostics, nó chứa các

thuộc tính và tác vụ giúp ta quản lý process dễ dàng, thuận lợi.

 Thí dụ thuộc tính StartInfo là 1 ₫ối tượng gồm nhiều thuộc tính xác

₫ịnh thông tin ₫ể kích hoạt ứng dụng xác ₫ịnh :

Process myProcess = new Process();

myProcess.StartInfo.UseShellExecute = false;

myProcess.StartInfo.FileName = txtPath.Text;

myProcess.StartInfo.CreateNoWindow = true;

….

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 4

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.2 Lập trình multi-process bằng class Process

 Sau khi thiết lập ₫ầy ₫ủ các thông tin ₫ể khởi tạo process, ta có thể

gọi tác vụ Start ₫ể kích hoạt nó chạy :

myProcess.Start();

 Sau khi ₫ược kích hoạt, process sẽ chạy song hành và ₫ộc lập với

process kích hoạt nó cho ₫ến khi kết thúc theo thuật giải của nó.

Tuy nhiên, từ bên ngoài ta có thể giết process nhờ tác vụ Kill :

myProcess.Kill();

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 5

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.2 Lập trình multi-process bằng class Process

 Ta hãy thử viết 1 ứng dụng quản lý process ₫ơn giản có form giao

diện như sau :

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 6

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

 Môi trường .Net cung cấp class tên là Thread ₫ể giúp ta lập trình

multi-thread dễ dàng.

 Class Thread thuộc namespace System.Threading, nó chứa các

thuộc tính và tác vụ giúp ta quản lý thread dễ dàng, thuận lợi.

 Thường mỗi thread sẽ chạy ₫oạn code ₫ược miêu tả trong 1 hàm

chức năng xác ₫ịnh. Thí dụ khi process ₫ược kích hoạt, HĐH sẽ tạo

tường minh thread ban ₫ấu cho process ₫ó, thread chính này sẽ

chạy ₫oạn code của hàm Main của class ứng dụng.

 Để tạo thread mới, ta có thể dùng lệnh :

Thread t = new Thread

(new ParameterizedThreadStart(tenhamcanchay));

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 7

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

 Để kích hoạt chạy thread, ta có thể gọi tác vụ Start :

t.Start (new Params(danhsachthamso));

với Params là class ₫ối tượng chứa các thông số mà ta muốn

truyền/nhận cho thread mới.

 Lưu ý tác vụ mà thread sẽ chạy phải ₫ược ₫ặc tả với tham số hình

thức là kiểu object :

void TinhTich (object obj) { //tác vụ mà thread sẽ chạy

Params p = (Params)obj; //ép kiểu tham số về kiểu mong muốn

...

}

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 8

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

 Để tạm dừng thread, ta có thể gọi tác vụ Suspend :

t.Suspend();

 Để chạy tiếp thread, ta có thể gọi tác vụ Resume :

t.Resume();

 Để dừng và xóa thread, ta có thể gọi tác vụ Abort :

t.Abort();

 Để thay ₫ổi quyền ưu tiên thread, ta thực hiện lệnh gán :

t.Priority = ThreadPriority.Normal;

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 9

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

 Trên Windows, mỗi process có thể ở 1 trong 6 cấp quyền ưu tiên

sau ₫ây :

IDLE_PRIORITY_CLASS

BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS

NORMAL_PRIORITY_CLASS

ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS

HIGH_PRIORITY_CLASS

REALTIME_PRIORITY_CLASS

 Cấp quyền ưu tiên của process sẽ quyết ₫ịnh các thread trong

process ₫ó chạy theo quyền ưu tiên như thế nào.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 10

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

 Trên Windows, mỗi thread trong process có thể ở 1 trong 7 cấp

quyền ưu tiên sau ₫ây :

THREAD_PRIORITY_IDLE

THREAD_PRIORITY_LOWEST

THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL

THREAD_PRIORITY_NORMAL

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL

THREAD_PRIORITY_HIGHEST

THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL

 Cấp quyền ưu tiên của process sẽ quyết ₫ịnh các thread với từng

cấp quyền ưu tiên trên ₫ây sẽ ₫ược xử lý như thế nào.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 11

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

Process priority class

IDLE_PRIORITY_CLASS

Thread priority level

THREAD_PRIORITY_IDLE

THREAD_PRIORITY_LOWEST

Base priority

1

2

THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 3

THREAD_PRIORITY_NORMAL

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 5

THREAD_PRIORITY_HIGHEST

THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL 15

4

6

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 12

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

Process priority class

Thread priority level

Base priority

BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS THREAD_PRIORITY_IDLE

THREAD_PRIORITY_LOWEST

1

4

THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 5

THREAD_PRIORITY_NORMAL

6

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 7

THREAD_PRIORITY_HIGHEST

THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL 15

8

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 13

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

Process priority class

Thread priority level

Base priority

NORMAL_PRIORITY_CLASS

THREAD_PRIORITY_IDLE

THREAD_PRIORITY_LOWEST

1

6

THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 7

THREAD_PRIORITY_NORMAL

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 9

8

THREAD_PRIORITY_HIGHEST

10

THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL 15

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 14

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

Process priority class

Thread priority level

Base priority

ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS THREAD_PRIORITY_IDLE

THREAD_PRIORITY_LOWEST

1

8

THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 9

THREAD_PRIORITY_NORMAL

10

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 11

THREAD_PRIORITY_HIGHEST 12

THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL 15

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 15

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

Process priority class

HIGH_PRIORITY_CLASS

Thread priority level

THREAD_PRIORITY_IDLE

THREAD_PRIORITY_LOWEST

Base priority

1

11

THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 12

THREAD_PRIORITY_NORMAL 13

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 14

THREAD_PRIORITY_HIGHEST 15

THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL 15

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 16

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.3 Lập trình multi-threads bằng class Thread

Process priority class

Thread priority level

Base priority

REALTIME_PRIORITY_CLASS

THREAD_PRIORITY_IDLE

THREAD_PRIORITY_LOWEST

16

22

THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 23

THREAD_PRIORITY_NORMAL 24

THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 25

THREAD_PRIORITY_HIGHEST 26

THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL 31

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 17

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.4 Demo tính hiệu quả của multi-thread

 Để demo tính hiệu quả của lập trình multi-thread trên các máy tính

₫a nhân, ta hãy thử viết ứng dụng tính tích của 2 ma trận có kích

thước lớn (thí dụ 2000*2000). Ta thiết kế form ứng dụng như sau :

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 18

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.4 Demo tính hiệu quả của multi-thread

 Ứng dụng cho phép người dùng nhập số thread cần dùng (n), rồi

chia ma trận tích thành N/n nhóm hàng rồi tạo thread con ₫ể tính

dùm từng nhóm hàng. Sau khi tính ma trận tích xong, ứng dụng sẽ

hiển thị cho người dùng thấy thời gian tính toán ₫ể người dùng

₫ánh giá ₫ộ hiệu quả.

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 19

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

9.4 Demo tính hiệu quả của multi-thread

void TinhTich (object obj) {

DateTime t1 = DateTime.Now; //ghi nhận thời ₫iểm bắt ₫ầu chạy

Params p = (Params)obj;

int h, c, k;

for (h = p.sr; h < p.er; h++)

for (c = 0; c < N; c++) {

double s = 0;

//ép kiểu tham số về ₫ối tượng cần dùng

//lặp theo hàng

//lặp theo cột

for (k = 0; k < N; k++)

s = s + A[h, k] * B[k, c];

C[h, c] = s;

}

stateLst[p.id] = 1;

//ghi nhận trạng thái hoàn thành

dateLst[p.id] = DateTime.Now.Subtract(t1);//tính thời gian chạy

}

Môn : Lập trình hướng ₫ối tượng

Chương 9 : Lập trình song song bằng VC#

Slide 20

Khoa Khoa học & Kỹ thuật Máy tính

Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM