Теория и практика многопоточной синхронизации

Бакалавриат 2021/2022

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс по выбору (Прикладная математика и информатика)

Направление: 01.03.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Департамент больших данных и информационного поиска

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 3-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Липовский Роман Германович

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 80

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс посвящен теоретическим и практическим аспектам concurrency, включая многопоточное программирование. В курсе рассматриваются механика переключения контекста, планирование потоков в операционной системе и файберов в рантаймах языков программирования, запись в общие ячейки памяти внутри процессоров, когерентность кэшей, железные и аксиоматические модели памяти, многопоточные структуры данных и техники синхронизации, управление памятью в многопоточных структурах данных, конкурентные аллокаторы и сборка мусорка, изоляция транзакций в базах данных.

Цель освоения дисциплины

Изучить основные выразительные средства асинхронного программирования (файберы, futures/promises, корутины)
Сориентировать студента в подходах, которые применяются для работы с concurrency/асинхронностью в современных ЯП (C++, Golang, Rust, Java, Kotlin)
Изучить инженерную сторону конкурентности: механика исполнения потоков, механика корутин, реализация моделей памяти, когерентность кэшей процессора и т.п.
Познакомить студента с техниками тестирования и верификации конкурентных программ (sanitizers, fault injection, model checking)
Научить студента проводить формальные рассуждения о корректности синхронизации с помощью гарантий моделей памяти.

Планируемые результаты обучения

Студент владеет базовыми инструментами синхронизации потоков, как блокирующими (мьютексы/спинлоки/кондвары), так и неблокирующими (lock-free)
Студент владеет современными инструментами тестирования и верификации многопоточного кода, может доказывать корректность программ с помощью моделей памяти.
Студент понимает низкоуровневую механику конкурентного исполнения
Студент умеет писать современный конкурентный код с помощью файберов, futures/promises, корутин

Содержание учебной дисциплины

Введение
Взаимное исключение
Механика потоков
Когерентность кэшей
Модели памяти
Futures/Promises
Non-blocking synchronization
Устройство планировщика
Корутины (Сопрограммы)
Сравнение современных подходов к concurrency в различных языках программирования: C++, Golang, Java, Kotlin, Rust.
Конкурентная сборка мусора | Сила атомарных операций, задача консенсуса и consensus number для атомарных операций, wait-free иерархия.

Элементы контроля

Домашние задания
Домашние задания

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 4 модуль
0.5 * Домашние задания + 0.5 * Домашние задания

Программа дисциплины