Barrieritoiminnot

Barrieritoiminnot ovat rinnakkaisessa laskennassa käytettyjä synkronointiprimitiiveja, joiden tarkoituksena on koordinoida useiden säikeiden tai prosessien suoritusta. Barrierin idea on, että kaikki osallistujat saavuttavat sovitun synkronointipisteen ennen kuin kukin voi jatkaa eteenpäin.

Toimintaperiaate on yleensä seuraava: barrier-objekti määrittää osallistujien määrän. Jokainen osallistuja “saapuu” barrieriin, jolloin kyseinen osanottaja merkitsee saapumisensa. Kun kaikkien osallistujien saapuminen on vahvistettu, barrier vapauttaa odottavat säikeet tai prosessit, ja ne voivat jatkaa suoritustaan. Barrier on usein uudelleenkäytettävä, jolloin seuraava kierros alkaa ilman uudelleenkonstrukointia.

Tyypillisiä toteutuksia ja algoritmeja ovat esimerkiksi sense-reversing barrier, tree barrier sekä dissemination barrier. Toteutuksissa käytetään tyypillisesti kehittyneitä synkronointielementtejä kuten atomisia lukuja, mutex- tai konditiolautakeryhmiä sekä aktiivista odotusta tai varastoituja tiloja. Eri järjestelmät voivat tarjota omia toteutuksiaan, esimerkiksi MPI_Barrier prosessien välisessä viestinviennissä tai OpenMP:n tavallinen barriere end of parallel region -synkronointina.

Käyttökohteita ovat erityisesti monisäikeiset sovellukset ja moniprosessoriset ympäristöt, joissa tietojen eheyden säilyttämiseksi tarvitaan vaiheittaisia kokeita ja kollektiivista koordinointia. Barrieritoiminnot voivat aiheuttaa latenssia ja nidottuja ovat ratkaisevia tekijöitä suorituskykyyn, etenkin suurella volyymilla ja epätasaisella työstökuormalla. Huomioitavaa on myös virheenkorvaus ja aikakatkaisujen hallinta sekä deadlockien välttäminen.