Como programar a alocação de threads em processadores multicore?

Eu gostaria de experimentar threads em um processador com vários núcleos, por exemplo, para criar um programa que usa dois threads diferentes que são executados por dois núcleos de processador diferentes.

No entanto, não está claro para mim em que nível os threads são alocados para os diferentes núcleos. Eu posso imaginar os seguintes cenários (dependendo do sistema operacional e da implementação da linguagem de programação):

1. A alocação de encadeamentos é gerenciada pelo sistema operacional. Os threads são criados usando chamadas do sistema OS e, se o processo for executado em um processador com vários núcleos, o sistema operacional automaticamente tenta alocar / agendar segmentos diferentes em núcleos diferentes.
2. A alocação de encadeamentos é gerenciada pela implementação da linguagem de programação. A alocação de encadeamentos em núcleos diferentes requer chamadas especiais do sistema, mas as bibliotecas de encadeamentos padrão da linguagem de programação tratam disso automaticamente quando eu uso a implementação de encadeamento padrão para essa linguagem.
3. A alocação de encadeamentos deve ser programada explicitamente. No meu programa, tenho que escrever um código explícito para detectar quantos núcleos estão disponíveis e alocar segmentos diferentes para diferentes núcleos usando, por exemplo, funções de biblioteca.

Para tornar a pergunta mais específica, imagine que eu escrevi meu aplicativo multithread em Java ou C ++ no Windows ou Linux. Meu aplicativo verá e usará magicamente vários núcleos quando executado em um processador com vários núcleos (porque tudo é gerenciado pelo sistema operacional ou pela biblioteca de threads padrão) ou tenho que modificar meu código para estar ciente dos vários núcleos ?

Meu aplicativo verá e usará magicamente vários núcleos quando executado em um processador com vários núcleos (porque tudo é gerenciado pelo sistema operacional ou pela biblioteca de threads padrão) ou tenho que modificar meu código para estar ciente dos vários núcleos ?

Resposta simples: Sim, geralmente será gerenciado pelo sistema operacional ou pela biblioteca de threads.

O subsistema de encadeamento no sistema operacional atribuirá encadeamentos aos processadores com prioridade (sua opção 1). Em outras palavras, quando um encadeamento termina de executar sua alocação de tempo ou blocos, o planejador procura o próximo encadeamento de maior prioridade e o atribui à CPU. Os detalhes variam de sistema operacional para sistema operacional.

Dito isto, as opções 2 (gerenciadas pela linguagem de programação) e 3 (explicitamente) existem. Por exemplo, a biblioteca de tarefas e async / wait nas versões recentes do .Net oferecem ao desenvolvedor uma maneira muito mais fácil de escrever um código paralelizável (isto é, que pode ser executado simultaneamente com ele mesmo). As linguagens de programação funcional são eternamente paralelizáveis ​​e alguns tempos de execução executam diferentes partes do programa em paralelo, se possível.

Quanto à opção 3 (explicitamente), o Windows permite definir a afinidade do encadeamento (especificando em quais processadores um encadeamento pode ser executado). No entanto, isso geralmente é desnecessário em todos, exceto nos sistemas mais rápidos e críticos em tempo de resposta. A alocação efetiva de encadeamento para processador depende muito do hardware e é muito sensível a outros aplicativos em execução simultaneamente.

Se você quiser experimentar, crie uma tarefa demorada e com muita CPU, como gerar uma lista de números primos ou criar um conjunto Mandelbrot. Agora crie dois threads na sua biblioteca favorita e execute os dois threads em uma máquina com vários processadores (em outras palavras, praticamente qualquer coisa lançada nos últimos anos). Ambas as tarefas devem ser concluídas aproximadamente ao mesmo tempo, porque são executadas em paralelo.

Uma vez eu tive um enorme ambiente SGI IRIX. Só para começar, escrevi um pequeno programa java com vários threads (que não fazia nada além de consumir ciclos de CPU) e criei 12 threads nele. O trabalho se estendeu por 12 CPUs na arquitetura NUMA. Pode ser que eu procure o programa e execute-o no Dell R910s e verifique ..