Pull to refresh
0

Вычисление числа Пи с помощью Intel Threading Building Blocks

Reading time 6 min
Views 17K
Original author: Egor
Многие Android-устройства используют процессоры с несколькими вычислительными ядрами, поэтому в отрасли разработки мобильных приложений всё более важным становится умение создавать многопоточные программы. Компания Intel предлагает ценный инструментарий для разработки «параллельных» приложений – он называется Intel Threading Building Blocks (Intel TBB). По существу, Intel TBB представляет собой кросс-платформенную библиотеку шаблонов для создания параллельных программ. Она позволяет создавать и синхронизировать потоки данных, оставляя за кадром детали архитектуры и позволяя вам работать на высоком уровне абстрагирования. Intel TBB поддерживает все архитектуры. Что касается ОС Android, то следует использовать версию 4.3 и выше.

image

Создание Intel TBB


  1. Скачайте Intel TBB, найти можно здесь: www.threadingbuildingblocks.org.

  2. Добавьте NDK в PATH. Для Windows:

    $ SET PATH=%PATH%;

    Для Linux:

    $ export PATH=$PATH:

  3. Распакуйте TBB и перейдите в директорию с исходным кодом и в папку src.

    $ cd /src/

  4. Запустите TBB для Android:

    $ /ndk-build –C /src/ arch=intel64 compiler=gcc target=android clean tbb tbbmalloc –j

    Эта команда создает TBB для 64-разрядной версии Android 64. Чтобы сформировать TBB для 32-разрядной версии Android, замените arch=intel64 на arch=ia32.

  5. Библиотека создана. В соответствующей директории (/build/) вы найдете поддиректории с библиотеками: libgnustl_shared.so, libtbbmalloc_proxy.so, libtbbmalloc.so and libtbb.so. libtbb.so и libgnustl_shared. Теперь их можно использовать в нашем приложении.

Вычисление числа Пи


Для вычисления Пи можно выбрать в Wikipedia любую формулу с определенным интегралом. Я выбрал следующую формулу:

image

Для данной программы я модифицировал эту формулу:

image

Для вычисления интеграла я использовал метод прямоугольников. Интегрируемая функция разбивается на N = 107 равных подинтервалов длиной h = 2·10-7. Затем вычисляется аппроксимация интеграла – сложением площадей (основание х высоту) N прямоугольников по формуле:

image

Создание приложения


Создадим новое Android-приложение:

image

Создадим «основную активность» (Main Activity). Копируем следующий код в res/layout/activity_main.xml:

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"
    android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"
    android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"
    tools:context="intel.example.pitbbcalc.MainActivity" >

    <LinearLayout
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="fill_parent"
        android:orientation="vertical" >

        <TextView
            android:id="@+id/title"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="@string/title"
            android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge" />

        <Button
            android:id="@+id/startButton"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:text="@string/start" />

        <LinearLayout
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content" >

            <TextView
                android:id="@+id/pi_equally"
                android:layout_width="wrap_content"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:text="@string/pi_equally"
                android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge" />

            <TextView
                android:id="@+id/pi_val"
                android:layout_width="wrap_content"
                android:layout_height="wrap_content"
                android:textAppearance="?android:attr/textAppearanceLarge" />
        </LinearLayout>

    </LinearLayout>

</RelativeLayout>

А в res/values/strings.xml такой код:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>

    <string name="app_name">PiTBBCalc</string>
    <string name="action_settings">Settings</string>
    <string name="start">Start</string>
    <string name="title">Calculation of π</string>
    <string name="pi_equally">π = </string>

</resources>

Теперь Main Activity выглядит примерно так:

image

Далее нам нужно реализовать для своей активности интерфейс Java. В файл src/intel.example.pitbbcalc/MainActivity.java добавим следующий код:

package intel.example.pitbbcalc;

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.view.Menu;
import android.view.MenuItem;
import android.view.View;
import android.view.View.OnClickListener;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends Activity {

	private native double onClickCalc();
	private TextView piEqually;
	private TextView piVal;
	
	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		setContentView(R.layout.activity_main);
		
		Button startButton = (Button) findViewById(R.id.startButton);
		piEqually = (TextView) findViewById(R.id.pi_equally);
		piVal = (TextView) findViewById(R.id.pi_val);
		piEqually.setVisibility(View.INVISIBLE);
		piVal.setVisibility(View.INVISIBLE);
		
		startButton.setOnClickListener(new OnClickListener() {
			@Override
			public void onClick(View v) {
				// TODO автоматически генерируемая заглушка
				double val = onClickCalc();
				piVal.setText(String.valueOf(val));
				piEqually.setVisibility(View.VISIBLE);
				piVal.setVisibility(View.VISIBLE);
			}
		});
		
		System.loadLibrary("PiTBBCalc");
		System.loadLibrary("tbb");
	}

	@Override
	public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
		// заполнение меню; добавление элементов в строку действий, если есть.
		getMenuInflater().inflate(R.menu.main, menu);
		return true;
	}

	@Override
	public boolean onOptionsItemSelected(MenuItem item) {
	        // Обработка элементов строки действий. Действия будут
		// автоматически обрабатывать щелчки мышью на Home/Up, если
		// в AndroidManifest.xml задается родительское действие.
		int id = item.getItemId();
		if (id == R.id.action_settings) {
			return true;
		}
		return super.onOptionsItemSelected(item);
	}
}

В Project Explorer -> Android Tools -> Add Native Support можно задать нативную поддержку нажатия правой кнопкой на нашем проекте. В следующем окне вводим имя библиотеки нашего проекта и щёлкаем мышью на Finish.

image

Итак, мы реализовали нативный код для вычисления интеграла в одном потоке. В файл jni/PiTBBCalc.cpp добавим следующий код:

#include <jni.h>
#include <math.h>

double piIntFunc (const double x)
{
	return sqrt(1 - pow(x, 2.0));
}

double calcPi()
{
	const unsigned int n = pow(10.0, 7);
	double a(-1), b(1);
	double h = (b - a) / n;
	double x (a);

	for (unsigned int i (0); i < n; ++i)
	{
		sum += piIntFunc(x);
		x += h;
	}

	sum *= h;

	return 2 * sum;
}

extern "C"
JNIEXPORT jdouble JNICALL Java_intel_example_pitbbcalc_MainActivity_onClickCalc(JNIEnv *env,
		jobject obj)
{
	return calcPi();
}

Попробуем запустить наше приложение и вычислить число Пи в однопоточном режиме:

image

Чтобы с помощью Intel TBB добавить в проект параллельные вычисления, нужно отредактировать jni/Android.mk. Android.mk – это Makefile для нашего проекта, и нужно добавить в него библиотеки Intel TBB:

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
TBB_PATH := <tbb_sources>
TBB_BUILD_PATH := /build/linux_intel64_gcc_android_cc4.9_NDKr10b_version_android-L_release

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE    := PiTBBCalc
LOCAL_SRC_FILES := PiTBBCalc.cpp
LOCAL_CFLAGS += -DTBB_USE_GCC_BUILTINS -std=c++11 -fexceptions -Wdeprecated-declarations -I$(TBB_PATH)/include -I$(TBB_PATH)$(TBB_BUILD_PATH)
LOCAL_LDLIBS := -llog -ltbb -L./ -L$(TBB_PATH)$(TBB_BUILD_PATH)
LOCAL_SHARED_LIBRARIES += libtbb

include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE    := libtbb
LOCAL_SRC_FILES := $(TBB_PATH)$(TBB_BUILD_PATH)/libtbb.so
include $(PREBUILT_SHARED_LIBRARY)

В директории jni/ создадим файл Application.mk и добавим в него следующие строки:

APP_ABI := x86_64 APP_GNUSTL_FORCE_CPP_FEATURES := exceptions rtti APP_STL := gnustl_shared

Здесь назначение Application.mk состоит в описании необходимых нашему приложению нативных модулей (то есть статический/общих библиотек). В строке APP_ABI := x86_64 зададим нашу целевую архитектуру.

Теперь попробуем запустить приложение. Если вы увидите основной экран приложения, значит библиотеки Intel TBB слинковались успешно, и мы можем начинать разработку нашего приложения.

Для добавления параллелизма нам следует включить заголовок Intel TBB: #include «tbb/tbb.h», удалить цикл и добавить следующий код:

double sum = tbb::parallel_reduce(
		tbb::blocked_range<unsigned int>(0,n),
		double(0), // элемент для суммирования
		[&](const tbb::blocked_range<unsigned int>& r, double sum)->double {
			for( int i=r.begin(); i!=r.end(); ++i )
			{
				sum += piIntFunc(x);
				x += h;
			}
			return sum; // тело возвращает обновленное значение для накопителя
		},
		[]( double x, double y )->double {
			return x+y; // соединяет два накопленных значения
		}
	);

И теперь, если запустить приложение, оно будет работать в многопоточном режиме.

The end


Как видите, разработка параллельных приложений очень проста. Используя в качестве примера вычисление числа Пи, мы смогли успешно продемонстрировать, как концепции однопоточного кода применяются в многопоточном коде.

Хозяйке на заметку:

» Threading Building Blocks – базовые элементы многопоточности
» Создание параллельных Android-приложений для 64-разрядной архитектуры с использованием Intel TBB
» Руководство по Android: написание многопоточных приложений с помощью Intel Threading Building Blocks
Tags:
Hubs:
+22
Comments 2
Comments Comments 2

Articles

Information

Website
www.intel.ru
Registered
Founded
Employees
5,001–10,000 employees
Location
США
Representative
Анастасия Казантаева