Eşzamanlılık ve Paralellik Arasındaki Temel Farklar

Eşzamanlılık ve paralellik, özellikle BT açısından yaygın olarak karşılaşılan kavramlardır. Veri ayrıştırmada, diğer şeylerin yanı sıra, performansı ve sistem etkinliğini en üst düzeye çıkarmaya yardımcı olurlar. Bu terimler genellikle eş anlamlı bağlamlarda kullanılsa da, aynı zamanda büyük hacimli verileri verimli bir şekilde işlemenin farklı yöntemlerine atıfta bulunurlar. Bu nedenle, her iki terim de veri toplama ve analizi için ölçeklenebilir sistemler oluşturma amacıyla eşit derecede önemlidir. Bu makalede, eşzamanlılık ve paralelliği, aralarındaki farkları ve veri ayrıştırmada kullanım örneklerini ele alıyoruz.

Eşzamanlılık Nedir?

Ayrıştırmada eşzamanlılık, birden fazla görevin tek bir işlemcinin zaman dilimi içinde üst üste binen bir şekilde gerçekleştirilmesini ifade eder. Bu, bir seferde yalnızca bir görev yürütülebilmesine rağmen, dış sistemlere birçok görevin aynı anda yürütülüyormuş gibi göründüğü anlamına gelir. Başka bir deyişle, her bir görevin yürütülmesi işlemcinin kaynakları için rekabet eder ancak hepsini aynı anda kullanamaz.

Özellikle bu strateji, programın başka bir cihazdan veri gönderdiği ya da aldığı her türlü işlemi içeren I/O bağlantılı eşzamanlılıkta en iyi sonucu verir. Bu görevlerden biri de web kazıma işlemidir. Eşzamanlılık, bir kazıyıcının bir sonraki istekten önce bir tanesinin yerine getirilmesini beklemek yerine aynı anda birden fazla istekte bulunmasını sağlar. Bu durumda, taleplerin tamamlanması için gereken süre azaldıkça verimlilik artar.

Not etmek önemlidir, bazen eşzamanlılık hatalı paralellik olarak tanımlanabilir, ancak aşağıdaki bloklarda bunu aşacağız.

İplikleri Anlama

İş parçacıkları, eş zamanlı çalışan veri toplama sistemlerinin temel yapı taşlarıdır. İş parçacıklarının nasıl çalıştığını tam olarak kavramak için, bir sürecin tanımına yakından bakmak gerekir. Çalışan bir süreç, her biri tek bir iş parçacığı tarafından gerçekleştirilen bir dizi faaliyet içerir. Dolayısıyla, bir iş parçacığı bir bilgisayarın çalışmasının bölünemez en küçük birimi olarak düşünülebilir.

Eşzamanlılık açısından bakıldığında, birçok iş parçacığı aşağı yukarı aynı anda çalışabilir. Bu, sistemin işlemcilerin mevcut kaynaklarından en iyi şekilde yararlanmasını sağlar.

Modern programlama dilleri ve işletim sistemleri iş parçacıklarını yönetmeye izin verir: bunları oluşturma, askıya alma ve senkronize etme. İş parçacıkları özellikle veri ayrıştırma içeren görevlerde tercih edilir, çünkü aynı anda birkaç veri akışıyla ilgilenmeyi mümkün kılar, bu da bekleme sürelerini azaltır ve verimliliği artırır.

Pratik Örnek

Pratik anlamda, eşzamanlılık neredeyse tüm çağdaş yazılım sistemlerinin bir bileşenidir. Bu özellik, küçük kaynaklarla çok sayıda işlemin çalıştırılmasını mümkün kılar. Eşzamanlılığın ders kitabı örneği, web sunucusunda aynı anda birkaç istek sunmaktır.

Örnek vermek gerekirse, bir kullanıcının aynı anda sipariş verebileceği, ürün arayabileceği ve siparişlerinin durumunu kontrol edebileceği bir çevrimiçi pazar yeri varsayalım. Sunucu, sınırlı sayıda işlemci nedeniyle tüm istekleri aynı anda karşılayamaz. Ancak, kullanıcı istekleri arasında geçiş yaparak zamanı görevlerle paylaşmasını sağlayan eşzamanlılığı gerçekleştirebilir. Örneğin, bir kullanıcı bir sipariş verebilir ve farklı bir kullanıcı ürün bilgisi talep edebilir. Sunucu, ikincisine başlamadan önce ilkinin bitmesini beklemek yerine bu iki işlemi döngüsel bir şekilde yürütebilir. Bu sayede sistemlerin yanıt verebilirliği büyük ölçüde artar ve sistem görevleri paralel olarak yürütüyormuş gibi görünür.

Web kazıma ile ilgili farklı bir örnek, bir kullanıcının 100 web sayfasından veri toplamak istemesidir. Eşzamanlılık olmadan, indirme işlemi gereksiz yere uzun sürecek bir bekle-istek-işlem döngüsü izler. Ancak eşzamanlılıkla, kullanıcı aynı anda örneğin 10 istek gönderebilir ve ardından ilk sayfalar yüklenirken zaten alınmış olan verileri işleyebilir. Her bir sayfanın yüklenmesini beklemekle karşılaştırıldığında, bu çok daha fazla zaman kazandırır.

Süreçleri Optimize Etmek için Eşzamanlılıktan Yararlanma

Web ayrıştırma söz konusu olduğunda, eşzamanlılık kullanmak verimliliği artırabilir. Örneğin, bir web kazıyıcı aynı anda birkaç web sayfasından veri almak için eşzamanlılık kullanabilir ve böylece bilgi toplamak için gereken toplam süreyi kısaltabilir. Aşağıda, eşzamanlılığın süreçler için zamanı azaltmaya nasıl yardımcı olduğuna dair birkaç nokta yer almaktadır:

• Diğer uzun soluklu süreçler çalışırken bile sistemin kullanıcı isteklerine anında yanıt verebilmesi için daha fazla yanıt verebilirlik sağlar;
• diğer görevlerin bitmesini beklerken bazı görevleri gerçekleştirmek için verilen işlemci kaynaklarının tam olarak kullanılmasını sağlar;
• Birden fazla işlemin aynı anda yürütülmesini sağlayarak tüm alt görevlerin yürütülmesi için gereken süreyi azaltır.

Ayrıca, eşzamanlılık, ana yürütme iş parçacığını engellemeyecek şekilde bilgi işleme için uygulanır, böylece bilgisayar performansta herhangi bir düşüş olmadan kullanılabilir.

Paralellik nedir?

Paralellik kısa tanımıyla, belirli bir dizi hesaplama işleminin farklı hesaplama kaynakları üzerinde aynı anda gerçekleştirilmesi anlamına gelir. Paralellikte, kaynaklar eşzamanlılığın aksine aynı anda kullanılır, burada kaynaklar sadece değiştirilir ve eşzamanlı yürütme simülasyonu gerçekleşir. Başka bir deyişle, paralellik, verilerin birkaç CPU çekirdeğinde veya hatta birkaç sunucuda eşzamanlı olarak işlenmesidir.

Daha ileri gidelim ve düşünelim: neden paralellik kullanalım. Avantajlar aşağıdakileri içerir:

• Makine öğrenimi, grafik işleme veya büyük veri analitiği gibi kaynak gerektiren görevlerin daha hızlı yürütülmesi;
• Yük işlemci çekirdekleri arasında paylaşıldığından çok çekirdekli sistemlerde iş yükünün etkin bir şekilde dengelenmesi;
• Video işleme veya finansal analiz gibi alanlarda kritik öneme sahip olan veri akışlarının gerçek zamanlı işlenmesi.

Modern çok çekirdekli işlemciler, bağımsız ve eş zamanlı paralel eşzamanlı yürütme için görevlerin bölünmesini sağlar.

Paralellik ile Süreçleri Hızlandırma

Görevlerin paralel yürütülmesi hesaplama süresini azaltır ve bir hesaplamanın parçalara bölünmesini içerir. İş yükü farklı işlemciler ve çekirdekler arasında bölündüğü için sistem süreçleri eşzamanlı olmayan bir şekilde yürütülebilir.

Modern paralellikte bir örnek görüntü işlemede gözlemlenebilir. Yüksek çözünürlüklü bir görüntüye belirli bir filtrenin uygulanması gerektiğini varsayalım. Her pikseli tek tek işleyecek olsaydık, bu işlemin tamamlanması makul olmayan bir süre alırdı. Ancak paralelliğin kullanılmasıyla görüntü birden fazla parçaya bölünebilir ve her işlemci kendi parçasını aynı anda yapar. Bu, uygulamanın hızında maksimum artış sağlar ve performansını artırır. Bu yaklaşımın yapay zeka bilgi işlemede ve video oyunlarında kullanıldığı da iyi bilinmektedir.

Eşzamanlılık ve Paralellik: Temel Farklılıklar

Yazılım sistemleri geliştirirken, paralellik yerine eşzamanlılık kullanmanın özel zamanlamasını öğrenmek ve bu teknikler ile performans arasındaki ilişkiyi anlamak gerekir. İşte anlaşılması gereken en önemli iki nokta:

• Eşzamanlılığın temel amacı, görevler arasında en uygun şekilde geçiş yapmaktır, böylece aynı anda etkin bir şekilde gerçekleştirilirler, ancak gerçekten paralel olarak yürütülmezler.
• Paralellik, birden fazla işlemci veya çekirdek üzerinde eşzamanlı olarak gerçek yürütme sunar ve en çok hesaplama yoğun süreçlerde yararlıdır.

Aşağıda paralellik ve eşzamanlılık arasındaki fark noktalarını görsel olarak gösteren bir tablo yer almaktadır:

Özetle, her yaklaşımın kendine özgü avantajları vardır ve özel sistem ihtiyaçlarına göre seçim yapılmasını gerektirir. Sınırlı bilgi işlem gücü altında, eşzamanlılık kaynakların verimli kullanılmasına yardımcı olurken, paralellik yükü çeşitli işlemciler arasında bölerek işlemlerin hızlandırılmasına yardımcı olur.

Eşzamanlılık ve Paralelliği Birleştirme

Eşzamanlılık ve paralellik ayrı olgular olarak incelenebilse de, bunların birleşimi genellikle olağanüstü verimlidir. Yüksek yanıt hızına ihtiyaç duyan karmaşık uygulamalara sahip sistemlerde, bunların kombinasyonu genel verimliliği büyük ölçüde artırdığı için çok önemlidir. Kombine bir yaklaşım, bilgi işlem kaynaklarının optimum şekilde kullanılmasını sağlar ve veri işlemeyi hızlandırır.

Bu tür bir yaklaşıma örnek olarak büyük bir veri setinin işlenmesi verilebilir. Bu durumda paralellik, görevlerin birden fazla işlemciye bölünmesiyle ilgilenirken, eşzamanlılık her işlemcideki işlemleri kontrol eder.

Bu yöntemleri birleştirmenin faydaları bunlarla sınırlı olmamak üzere şunları içerir:

• Maksimum bilgi işlem kaynağı kullanımı: her işlemci ve çekirdek aktiftir ve tam kapasiteyle çalışır;
• Geliştirilmiş işlem hızı: görevler aynı anda gerçekleştirilebilir ve görev kaydırma, işlemlerin yürütülmesini büyük ölçüde hızlandırabilir;
• Karmaşık senaryolar için destek: yüksek derecede çoklu görev karmaşıklığı içeren çok katmanlı süreçler, birleşik yöntemle verimli bir şekilde yönetilebilir.

Bu tekniklerin kombinasyonu, büyük bilgi işleme ve ağır hesaplama görevleri alanında çok güçlü ve ölçeklenebilir sistemlerin tasarlanmasına olanak tanır.

Web Kazıma için En İyi Yaklaşım

Web sitelerinden bilgi çekerken, eşzamanlılığı mı yoksa paralelliği mi tercih edeceklerini ya da aslında ikisinden birini mi tercih etmeyeceklerini belirleyen şey kullanıcının faaliyetleridir. Gerçekte, eşzamanlı bir yaklaşım yalnızca isteklerin yayınlanmasında uzun bir boşta kalma süresi olduğunda veya web kazıma işlemi çok CPU yoğun olmadığında pratiktir. Sayfa içeriğinin yüksek derecede ziyaret sonrası işlendiği veya ayrıştırma nedeniyle işlemciye önemli ölçüde aşırı yük bindiği durumlar için yararlı olan paralellik için bunun tersi geçerlidir.

Eşzamansız isteklerin gönderilmesinde eşzamanlılık ve bunların işlenmesinde paralellik uygulamak gibi stratejilerin bir kombinasyonu izlenebilir. İkincisinin bir ana faydası vardır: sayfaları kapsamlı bir şekilde ziyaret edebilir ve bilgileri eşit derecede yüksek bir yoğunlukla işleyebilirsiniz.

Eşzamanlılık ve Paralellik: Sonuç

Bu yazı, eşzamanlılık ve paralelliği ayrıntılı olarak analiz etmiş ve her birinin farklı koşullarda ve durumlarda nasıl çalışabileceğini açıklamıştır. Eşzamanlılık, mevcut işlemci zamanının kullanım verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için aralarında geçiş yaparak faaliyetleri gerçekleştirmeyi yönetmeye yönelik bir dizi tekniği ifade eder. Paralellik, birden fazla işlemciyi veya tek bir işlemcinin birden fazla çekirdeğini kullanmak gibi aynı anda birden fazla şey yapmak anlamına gelir. Bu stratejilerin temel ayırt edici özelliği, eşzamanlılıkta bazı kaynakların harcanırken boşta kalması, paralellikte ise mevcut kaynakların yeniden dağıtılarak optimize edilmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır.

Gördüğümüz gibi, en iyi yaklaşım seçimi problemin özelliklerine bağlıdır: eşzamanlılık asenkron görevler için tercih edilirken, paralellik karmaşık hesaplamalar için daha uygundur. Bazı durumlarda, ikisini birleştirmek en iyi sonucu verir.