Vernichte Datenrennen mit dem Intel Inspector XE
Inhaltsverzeichnis
- Einführung
- Was ist ein Datenrennen?
- Hintergrund zu Primzahlen
- Programm zur Berechnung der Primzahlen
- Optimierung des Programms mit OpenMP
- Verwendung des Intel Inspektors zur Fehlererkennung
- Analyse mit dem Intel Inspektor
- Identifizierung des Datenrennens
- Behebung des Fehlers
- Zusammenfassung
Einführung
In diesem Artikel werde ich Ihnen zeigen, wie Sie den Intel Inspector XC 2015 verwenden können, um Datenrennen in einem Programm zu finden. Zunächst werde ich Ihnen erklären, was ein Datenrennen überhaupt ist und warum es ein Softwarefehler ist. Anschließend zeige ich Ihnen anhand eines Beispiels ein Programm zur Berechnung von Primzahlen und wie wir es mithilfe des Intel Inspektors optimieren können.
Was ist ein Datenrennen?
Ein Datenrennen tritt in einem Programm mit mehreren Threads auf, wenn zwei Threads gleichzeitig auf dieselbe Variable schreiben. Es handelt sich um einen Bug in der Software, der schwer zu finden sein kann. Im nächsten Abschnitt werde ich Ihnen erklären, wie Primzahlen funktionieren, um den Hintergrund für unser Beispielprogramm zu vermitteln.
Hintergrund zu Primzahlen
Eine Primzahl ist eine Zahl, die nur durch sich selbst oder eins ohne Rest teilbar ist. Keine andere Zahl kann ohne Rest in sie hineinpassen. Um zu überprüfen, ob eine Zahl eine Primzahl ist, verwenden wir den Sieb des Erythostomys Algorithmus. Dieser Algorithmus prüft, ob eine Zahl durch alle ungeraden Zahlen von drei bis zur Quadratwurzel der Zahl teilbar ist. Wenn keine dieser Teilungen einen Rest von null ergibt, ist die Zahl eine Primzahl. In unserem Beispielprogramm verwenden wir eine optimierte Version dieses Algorithmus, um die Anzahl der Primzahlen zwischen drei und fünftausend zu berechnen.
Programm zur Berechnung der Primzahlen
Unser Programm zur Berechnung der Primzahlen verwendet die Sprache C und den Sieb des Erythostomys Algorithmus. Das Programm überprüft eine Liste von Zahlen auf ihre Primzahligkeit und zählt die Anzahl der Primzahlen zwischen drei und fünftausend. Wir werden das Programm zuerst ohne Multithreading ausführen, um das korrekte Ergebnis zu ermitteln.
Um das Programm auszuführen, verwenden wir Visual Studio 2012. Das Programm läuft jedoch auch in anderen Programmiersprachen wie C++, Fortran usw. Das Programm gibt die Anzahl der Primzahlen zwischen drei und fünftausend aus, ohne Multithreading zu verwenden.
Pros:
- Einfache Implementierung des Primzahlalgorithmus
- Funktioniert ohne Fehler bei kleineren Datenmengen
Cons:
- Langsamer bei der Verarbeitung größerer Datenmengen
- Keine Optimierung für mehrere Threads
Im nächsten Abschnitt werden wir das Programm mit OpenMP optimieren, um die Berechnung der Primzahlen zu beschleunigen.
Optimierung des Programms mit OpenMP
In diesem Abschnitt werden wir das Programm mithilfe von OpenMP optimieren, um die Primzahlberechnung zu beschleunigen. OpenMP ist eine Schnittstelle für das parallele Programmieren von Multithreading-Aufgaben. Indem wir das Programm mit OpenMP multithreading-fähig machen, können wir mehrere Threads verwenden, um die Berechnung der Primzahlen zu beschleunigen.
Um OpenMP zu verwenden, gehen wir zu den Projekteigenschaften in Visual Studio und setzen die OpenMP-Unterstützung auf "Ja". Anschließend fügen wir in unserem Programm die nötigen Anweisungen hinzu, um die Anzahl der Threads und die Parallelisierung festzulegen. Wir müssen auch kritische Abschnitte hinzufügen, um sicherzustellen, dass nur ein Thread gleichzeitig auf die Variable "count" zugreift.
Pros:
- Schnellere Berechnung der Primzahlen durch Multithreading
- Optimale Nutzung der verfügbaren Prozessorkerne
Cons:
- Komplexere Implementierung durch Hinzufügen von OpenMP-Direktiven
- Mögliche Probleme mit Datenrennen und Synchronisierung
Im nächsten Abschnitt werden wir den Intel Inspektor verwenden, um Datenrennen in unserem optimierten Programm zu finden.
Verwendung des Intel Inspektors zur Fehlererkennung
Der Intel Inspektor ist ein leistungsstarkes Tool zur Erkennung von Fehlern in Multithreading-Anwendungen. Es ermöglicht die Überwachung des Programmverhaltens und die Identifizierung von Datenrennen, Deadlocks und anderen Fehlern, die bei der Ausführung von Multithreading-Code auftreten können.
Bevor wir den Intel Inspektor verwenden können, müssen wir eine neue Analyse starten und die Art der Analyse sowie die Ressourcen festlegen, die der Inspektor verwenden soll. Es gibt zwei Optionen: Medium und Maximum. Die Option "Maximum" ist langsamer und verwendet mehr Speicher, liefert jedoch genauere Ergebnisse.
Nachdem wir die Analyse gestartet haben, überwacht der Intel Inspektor unser Programm und sucht nach potenziellen Fehlern. Im nächsten Abschnitt werden wir uns die Analyseergebnisse genauer ansehen.
Analyse mit dem Intel Inspektor
Nach Abschluss der Analyse zeigt der Intel Inspektor die Ergebnisse an und identifiziert potenzielle Datenrennen und andere Fehler in unserem Programm. Wir müssen uns jedes Datenrennen ansehen und überprüfen, ob es tatsächlich ein Problem darstellt oder ob es sich um einen "False Positive" handelt.
Ein Datenrennen tritt auf, wenn zwei oder mehr Threads gleichzeitig auf dieselbe Variable schreiben. Im Idealfall sollte jede Variable nur von einem Thread gleichzeitig gelesen oder beschrieben werden, um Inkonsistenzen und fehlerhafte Ergebnisse zu vermeiden.
Identifizierung des Datenrennens
Nach der Analyse mit dem Intel Inspektor haben wir zwei Datenrennen in unserem Programm gefunden. Ein Datenrennen tritt auf, wenn zwei oder mehr Threads gleichzeitig auf die Variable "count" schreiben. Das andere Datenrennen tritt auf, wenn die Schleife zur Berechnung der Primzahlen inkrementiert wird.
Pros:
- Effektive Identifizierung von Datenrennen und anderen Fehlern
- Einfache Überwachung des Programmverhaltens
Cons:
- Zeitaufwendig, da die Analyse abgeschlossen werden muss
- Eventuell falsch positive Ergebnisse
Im nächsten Abschnitt werden wir den Fehler beheben und das Programm erneut ausführen, um sicherzustellen, dass das korrekte Ergebnis erzielt wird.
Behebung des Fehlers
Um das Datenrennen zu beheben, müssen wir einen kritischen Abschnitt um die inkrementierende Schleife hinzufügen. Dadurch wird sichergestellt, dass nur ein Thread gleichzeitig auf die Variable "count" zugreift und Inkonsistenzen vermieden werden.
Nachdem wir den Fehler behoben haben, können wir das Programm erneut ausführen und das korrekte Ergebnis überprüfen. Wenn das Programm korrekt implementiert ist, sollte die Anzahl der Primzahlen zwischen drei und fünftausend 668 betragen.
Wir führen das Programm mehrmals aus, um sicherzustellen, dass das korrekte Ergebnis erzielt wird.
Pros:
- Behebung des Datenrennens und erzielen des korrekten Ergebnisses
- Verbesserte Programmausführung mit optimiertem Code und Multithreading
Cons:
- Erfordert möglicherweise zusätzlichen Aufwand beim Überprüfen und Beheben von Fehlern
Zusammenfassung
In diesem Artikel haben wir gelernt, wie man den Intel Inspector XC 2015 verwendet, um Datenrennen in einem Programm zu finden. Wir haben auch gesehen, wie man ein Programm zur Berechnung von Primzahlen optimiert, indem man OpenMP verwendet. Der Intel Inspektor war ein nützliches Werkzeug zur Fehlererkennung und hat uns geholfen, das Datenrennen in unserem Programm zu identifizieren und zu beheben.
Die Optimierung eines Programms kann zu einer erheblichen Verbesserung der Leistung führen, insbesondere wenn Multithreading eingesetzt wird. Es ist jedoch wichtig, alle potenziellen Fehlerquellen zu überprüfen und sicherzustellen, dass das Programm korrekt implementiert ist.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Ich hoffe, dieser Artikel hat Ihnen geholfen, die Verwendung des Intel Inspektors und die Optimierung von Programmen mit Multithreading besser zu verstehen.
🌟 Highlights:
- Ein Datenrennen tritt in einem multithreaded Programm auf, wenn zwei Threads gleichzeitig auf dieselbe Variable schreiben.
- Primzahlen können nur durch sich selbst oder eins ohne Rest geteilt werden.
- Der Sieb des Erythostomys Algorithmus wird zur Überprüfung von Primzahlen verwendet.
- Das Programm zur Berechnung von Primzahlen kann mit OpenMP für Multithreading optimiert werden.
- Der Intel Inspektor hilft bei der Fehlererkennung in Multithreading-Programmen.
🙋 Häufig gestellte Fragen (FAQs):
Q: Was ist ein Datenrennen?
A: Ein Datenrennen tritt auf, wenn zwei oder mehr Threads gleichzeitig auf dieselbe Variable schreiben.
Q: Wie funktioniert der Sieb des Erythostomys Algorithmus zur Überprüfung von Primzahlen?
A: Der Algorithmus überprüft eine Zahl, indem er sie durch alle ungeraden Zahlen von drei bis zur Quadratwurzel der Zahl teilt und prüft, ob es einen Rest gibt. Wenn keine Reste gefunden werden, ist die Zahl eine Primzahl.
Q: Warum wird das Programm zur Berechnung von Primzahlen mit OpenMP optimiert?
A: Durch die Verwendung von OpenMP und Multithreading kann die Berechnung der Primzahlen beschleunigt werden, da mehrere Threads gleichzeitig arbeiten können.
Q: Wie kann der Intel Inspektor bei der Fehlererkennung in Multithreading-Anwendungen helfen?
A: Der Intel Inspektor überwacht das Programmverhalten und identifiziert potenzielle Fehler wie Datenrennen, Deadlocks und andere Probleme, die bei der Ausführung von Multithreading-Code auftreten können.
Q: Wie kann ein Datenrennen behoben werden?
A: Ein Datenrennen kann behoben werden, indem man kritische Abschnitte oder Synchronisierungsmechanismen verwendet, um sicherzustellen, dass nur ein Thread gleichzeitig auf eine gemeinsam genutzte Variable zugreift.
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