適用于需要處理大型數(shù)據(jù)集的NI LabVIEW多核分析和稀疏矩陣工具包介紹

? NI LabVIEW多核分析和稀疏矩陣工具包提供了高性能的LabVIEW多線程分析庫(kù)，是在線或離線的大數(shù)據(jù)集處理應(yīng)用的理想工具。實(shí)際上，許多現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題可以表示為大型線性代數(shù)計(jì)算，而該工具包可以為這些運(yùn)算減少所需的資源和總體的計(jì)算時(shí)間。此外，該工具包包括稀疏線性代數(shù)函數(shù)，并支持單精度和雙精度數(shù)據(jù)類(lèi)型。本文介紹了LabVIEW多核分析和稀疏矩陣工具包的用途和推薦用法。

1. 高性能多線程分析

如前所述，NI LabVIEW多核分析和稀疏矩陣工具包提供了一系列高性能、多線程分析庫(kù)，可以用來(lái)處理大型數(shù)據(jù)集。這些庫(kù)是專(zhuān)為基于英特爾?數(shù)學(xué)內(nèi)核函數(shù)庫(kù)(Intel? MKL)的Windows 操作系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。該內(nèi)核庫(kù)是一個(gè)高度優(yōu)化、多線程化的數(shù)學(xué)計(jì)算函數(shù)庫(kù)，滿足最高性能需求的應(yīng)用。此外，當(dāng)您將這個(gè)工具包與LabVIEW實(shí)時(shí)模塊一同使用時(shí)，這些庫(kù)可以被擴(kuò)展到LabVIEW實(shí)時(shí)（ETS）的目標(biāo)中。因此，用戶能夠使用多線程線性代數(shù)、基本線性代數(shù)子程序（BLAS）和基于快速傅立葉變換（FFT）的函數(shù)。

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圖1.多核分析和稀疏矩陣函數(shù)選板包含高性能、多線程分析以及稀疏矩陣代數(shù)函數(shù)。

該工具包提供了各種函數(shù)庫(kù)，每個(gè)函數(shù)可以更好地利用多核CPU。而且它還包含一組線程管理函數(shù)，因此用戶可以調(diào)整應(yīng)用程序的線程行為特性。

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圖2.線程管理函數(shù)選板包含有效管理線程的函數(shù)。

2. 管理線程

本節(jié)以兩個(gè)矩陣相乘為例來(lái)介紹管理線程的方法。管理線程時(shí)，首要考慮的是執(zhí)行函數(shù)的系統(tǒng)中可用的內(nèi)核數(shù)。要獲得目標(biāo)系統(tǒng)的CPU特性，可以使用 CPU Information 函數(shù)。此外，線程管理函數(shù)選板中 的 Get Threads 函數(shù)可以在之后立即添加以獲取可用線程的最大數(shù)量。此函數(shù)提供了線性代數(shù)、轉(zhuǎn)置以及其它函數(shù)相關(guān)的可用線程的最大數(shù)量信息。這為每個(gè)線程或者線程組定義了作用域，并根據(jù)具體應(yīng)用需求提供進(jìn)一步的管理功能。

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圖 3. 獲取處理器特性可以知道可用線程的最大數(shù)目

用戶必須注意，LabVIEW使用線程的實(shí)際數(shù)量取決于具體問(wèn)題的大小、系統(tǒng)資源，和其它因素。除非您指定一個(gè)較小的數(shù)值，在默認(rèn)情況下，多核分析和稀疏矩陣VI使用物理內(nèi)核數(shù)量作為線程的最大數(shù)。鑒于此，使用Set Threads函數(shù)可以設(shè)置任意數(shù)量的線程，但這一設(shè)置必須在并行執(zhí)行實(shí)際代碼之前完成。也就是說(shuō)，程序的流程必須順序執(zhí)行，以便更好地控制為執(zhí)行某一段代碼所使用的線程數(shù)。我們不建議并行執(zhí)行多個(gè)多核分析和稀疏矩陣庫(kù)的函數(shù)。因此，在管理線程時(shí)需要密切觀察，以避免出現(xiàn)類(lèi)似于”超額認(rèn)購(gòu)”問(wèn)題；當(dāng)試圖運(yùn)行的線程數(shù)量超過(guò)可用的邏輯內(nèi)核的數(shù)量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題。

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圖 4. 線程管理必須按照一定的順序進(jìn)行，以避免并行運(yùn)行產(chǎn)生的性能問(wèn)題

這種編程架構(gòu)可以繼續(xù)擴(kuò)展，以包含在其它函數(shù)域中的線程，或者為一段給定的代碼重新分配線程。下圖顯示了在一臺(tái)具有Intel i7 2600 四核 CPU的計(jì)算機(jī)上，對(duì)有不同線程數(shù)的矩陣相乘問(wèn)題進(jìn)行的性能基準(zhǔn)測(cè)試。

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圖 5.在一臺(tái)具有Intel i7 2600 四核CPU的計(jì)算機(jī)上為矩陣相乘運(yùn)算進(jìn)行計(jì)算時(shí)間和性能改進(jìn)的基準(zhǔn)測(cè)試

此外，對(duì)于序列中不同的函數(shù)域，可以明確劃分線程。例如，在一個(gè)四核系統(tǒng)中，有兩個(gè)線程，一個(gè)可以分配給轉(zhuǎn)置函數(shù)，另一個(gè)可以分配給除了轉(zhuǎn)置函數(shù)以外的所有的其它函數(shù)。

圖6.線程可以定義在不同的函數(shù)域中