Технологии построения и использования кластерных систем

Упражнение 1:

Номер 1

Какова цель балансировки нагрузки между потоками:

Ответ:

(1) обеспечить корректность работы параллельной программы

(2) повысить производительность параллельной программы

(3) обеспечить максимальную утилизацию вычислительных ресурсов

Номер 2

Учебное приложение Factorization решает следующую задачу:

Ответ:

(1) приведение матрицы к треугольному виду

(2) приведение матрицы к диагональному виду

(3) представление числа в виде произведения простых множителей

Номер 3

В чем состоит основная причина низкой производительности исходной версии программы Factorization:

Ответ:

(1) в неравномерном распределении нагрузки между потоками

(2) в неоптимальных настройках использованного компилятора

(3) в использовании слишком большого количества потоков

Упражнение 2:

Номер 1

Подход, состоящий в разделении множества чисел на одинаковые части по числу потоков (например, первый поток получает множество чисел от 1 до 50000, второй - от 50001 до 100000; двухъядерный процессор):

Ответ:

(1) обеспечивает оптимальную загрузку многоядерного процессора

(2) демонстрирует плохую производительность

(3) приводит к тому, что приложение большую часть времени проводит в режиме последовательного выполнения

Номер 2

Причина того, что при разделении множества чисел на одинаковые части по числу потоков (например, первый поток получает множество чисел от 1 до 50000, второй - от 50001 до 100000; двухъядерный процессор) приложение большую часть времени проводит в последовательном режиме состоит в:

Ответ:

(1) плохой организации синхронизации

(2) неравномерной вычислительной нагрузке на эти потоки

(3) различной сложности факторизации для чисел первой и второй групп

Номер 3

При разделении множества чисел на одинаковые части по числу потоков (например, первый поток получает множество чисел от 1 до 50000, второй - от 50001 до 100000; двухъядерный процессор) наблюдаются следующее поведение:

Ответ:

(1) первый поток выполняет факторизацию, далее ждет завершения работы второго потока

(2) второй поток выполняет факторизацию, далее ждет завершения работы первого потока

(3) оба потока равномерно загружены вычислениями

Упражнение 3:

Номер 1

Подход, состоящий в разделении множества чисел между потоками на четные и нечетные (двухъядерный процессор):

Ответ:

(1) обеспечивает оптимальную загрузку многоядерного процессора

(2) демонстрирует плохую производительность

(3) приводит к тому, что приложение большую часть времени проводит в режиме последовательного выполнения

Номер 2

Причина того, что при разделении множества чисел между потоками на четные и нечетные (двухъядерный процессор) приложение большую часть времени проводит в последовательном режиме, состоит в:

Ответ:

(1) различной сложности факторизации четных и нечетных чисел

(2) неэффективной организации многопоточности в операционной системе

(3) неравномерной вычислительной нагрузке на потоки

Номер 3

При разделении множества чисел на четные и нечетные (например, первый поток получает нечетные числа, второй - четные; двухъядерный процессор) наблюдаются следующее поведение:

Ответ:

(1) первый поток выполняет факторизацию, далее ждет завершения работы второго потока

(2) второй поток выполняет факторизацию, далее ждет завершения работы первого потока

(3) оба потока равномерно загружены вычислениями

Упражнение 4:

Номер 1

Подход, состоящий в разделении множества чисел на последовательность пачек небольшой длины с последующей последовательной раздачей этих пачек потокам (пачки раздаются поровну), приводит к следующим результатам:

Ответ:

(1) достигается достаточно равномерная загрузка потоков

(2) достигается плохая производительность

(3) приложение большую часть времени проводит в режиме параллельного выполнения

Номер 2

Подход, состоящий в разделении множества чисел на последовательность пачек небольшой длины с последующей последовательной раздачей этих пачек потокам (пачки раздаются поровну), обладает следующими свойствами:

Ответ:

(1) может быть адаптирован для использования при количестве потоков, большем двух

(2) эффективно работает лишь при двух потоках

(3) корректно работает лишь при двух потоках

Номер 3

Подход, состоящий в разделении множества чисел на последовательность пачек небольшой длины с последующей последовательной раздачей этих пачек потокам (пачки раздаются поровну), демонстрирует хорошую производительность по следующим причинам:

Ответ:

(1) улучшает асимптотическую оценку сложности алгоритма факторизации

(2) обеспечивает равномерную загрузку вычислениями обоих потоков

(3) приводит к тому, что приложение преимущественно работает в режиме параллельного выполнения

Упражнение 5:

Номер 1

Какие из следующих утверждений являются верными:

Ответ:

(1) подход с использованием пачек чисел более эффективен, чем подход, в котором первый поток получает первую половину чисел, а второй - вторую половину чисел

(2) для достижения хорошей производительности необходимо разделить работу между потоками так, чтобы все потоки были по возможности равномерно загружены

(3) в случае, если вычислительная нагрузка распределяется существенно неравномерно, результат работы приложения может быть некорректным

Номер 2

Какие из следующих утверждений являются верными:

Ответ:

(1) для повышения эффективности подхода с использованием пачек чисел требуется провести эксперименты для определения количества используемых потоков

(2) для повышения эффективности подхода с использованием пачек чисел требуется провести эксперименты для определения размера пачки

(3) оптимальный размер пачки не зависит от количества используемых потоков

Номер 3

Какие из следующих утверждений являются верными:

Ответ:

(1) в случае если размер пачки очень мал, следует ожидать падения производительности

(2) в случае если размер пачки очень велик, следует ожидать падения производительности

(3) оптимальный размер пачки полностью определяется используемым алгоритмом факторизации

Упражнение 6:

Номер 1

Время, затраченное на следующие операции, может быть причислено к непроизводительным издержкам при работе с потоками:

Ответ:

(1) создание потоков

(2) вычисления, выполняемые потоком

(3) синхронизация между потоками

Номер 2

Время, затраченное на следующие операции, может быть причислено к непроизводительным издержкам при работе с потоками:

Ответ:

(1) работа с глобальными переменными многопоточного приложения

(2) уничтожение потоков

(3) работа с мьютексами

Номер 3

Время, затраченное на следующие операции, может быть причислено к непроизводительным издержкам при работе с потоками:

Ответ:

(1) управление потоками

(2) работа с атомарными функциями ОС

(3) работа с критическими секциями

(4) вычисления в главной функции потока

Упражнение 7:

Номер 1

Особенностями тестового приложения, имитирующего архитектуру клиент-сервер путем создания клиентского и серверного потока в рамках одного процесса, является:

Ответ:

(1) низкая производительность в случае выделения для каждого запроса отдельного потока

(2) минимизация накладных расходов, вызванная тем, что каждый запрос обрабатывается в отдельном потоке

(3) экономия ресурсов

Номер 2

Особенностями тестового приложения, имитирующего архитектуру клиент-сервер путем создания клиентского и серверного потока в рамках одного процесса, является:

Ответ:

(1) высокая производительность в случае выделения на создание каждого запроса отдельного потока

(2) возможная проблема нехватки ресурсов из-за слишком большого количества потоков

(3) сервер, создавая и уничтожая потоки, тратит больше времени и потребляет больше системных ресурсов, чем если бы он обрабатывал запросы самостоятельно

Номер 3

Особенностями тестового приложения, имитирующего архитектуру клиент-сервер путем создания клиентского и серверного потока в рамках одного процесса, является:

Ответ:

(1) активные потоки потребляют системные ресурсы, что может привести к нехватке оперативной памяти и значительному падению производительности

(2) происходит минимизация непроизводительных издержек

(3) полезная работа, которую совершают потоки, не компенсирует затраты на их создание/уничтожение

Упражнение 8:

Номер 1

Работа многих серверов связана с обработкой большого количества коротких запросов от какого-либо удаленного клиента. Какие из следующих схем применимы для организации указанного взаимодействия:

Ответ:

(1) обработка всех запросов в одном потоке

(2) обработка всех потоков в одном запросе

(3) обработка каждого нового запроса в отдельном потоке

(4) организация пула потоков

(5) обработка каждого нового потока в отдельном запросе

Номер 2

Работа многих серверов связана с обработкой большого количества коротких запросов от какого-либо удаленного клиента. Обработка всех запросов в одном потоке обладает следующими особенностями:

Ответ:

(1) решение подходит для тех случаев, когда количество запросов к серверу достаточно мало, и обращения к серверу происходят редко

(2) при реализации требуется построение стека входящих запросов, необходимого для предотвращения потери запросов при последовательной обработке

(3) при реализации требуется построение очереди входящих запросов, необходимого для предотвращения потери запросов при последовательной обработке

Номер 3

Работа многих серверов связана с обработкой большого количества коротких запросов от какого-либо удаленного клиента. Обработка всех запросов в одном потоке обладает следующими особенностями:

Ответ:

(1) решение подходит для тех случаев, когда количество запросов к серверу достаточно велико, и обращения к серверу происходят часто

(2) подход крайне неэффективен при высокой частоте обращений к серверу

(3) если сервер производит обработку самостоятельно, время отклика будет очень большим, следовательно, сервер будет не успевать обрабатывать все запросы

Упражнение 9:

Номер 1

Работа многих серверов связана с обработкой большого количества коротких запросов от какого-либо удаленного клиента. При организации пула потоков наблюдаются следующие особенности:

Ответ:

(1) отсутствует необходимость синхронизации

(2) при поступлении запроса главный поток выбирает свободный поток из пула и передает запрос ему на обработку, если же свободных потоков нет, то запрос помещается в очередь и ждет освобождения одного из потоков в пуле

(3) потоки, однажды созданные, используются многократно, в результате чего издержки на создание и уничтожение потока малы по сравнению с его полезной работой

Номер 2

Работа многих серверов связана с обработкой большого количества коротких запросов от какого-либо удаленного клиента. При организации пула потоков наблюдаются следующие особенности:

Ответ:

(1) требуется организация синхронизации

(2) сокращается время обработки одного запроса, поскольку поток уже существует, когда прибывает очередной запрос

(3) потоки часто создаются и уничтожаются, что приводит к большим накладным расходам

Номер 3

Работа многих серверов связана с обработкой большого количества коротких запросов от какого-либо удаленного клиента. При организации пула потоков наблюдаются следующие особенности:

Ответ:

(1) организация пула потоков значительно снижает непроизводительные издержки

(2) выбор примитивов синхронизации критичен для производительности приложения

(3) использование объектов синхронизации пользовательского уровня не позволяет организовать корректную работу пула потоков

Технологии построения и использования кластерных систем - тест 14