Sự khác biệt chính giữa đồng thời và song song

Đồng thời và song song thường gặp các khái niệm, đặc biệt là liên quan đến nó. Trong phân tích dữ liệu, chúng giúp, trong số những thứ khác, để tối đa hóa hiệu quả hiệu suất và hiệu quả của hệ thống. Mặc dù các thuật ngữ này thường được sử dụng trong các bối cảnh đồng nghĩa, chúng đồng thời đề cập đến các phương pháp khác nhau để xử lý hiệu quả khối lượng dữ liệu lớn. Do đó, cả hai thuật ngữ đều có liên quan như nhau cho mục đích xây dựng các hệ thống có thể mở rộng để thu thập và phân tích dữ liệu. Trong bài viết này, chúng tôi xem xét đồng thời và song song, sự khác biệt của chúng và các ví dụ về việc sử dụng chúng trong phân tích dữ liệu.

Đồng thời là gì?

Trong phân tích cú pháp, đồng thời đề cập đến hiệu suất của nhiều nhiệm vụ theo thời gian chồng chéo trong một lát cắt thời gian của bộ xử lý duy nhất. Điều này có nghĩa là mặc dù chỉ có một nhiệm vụ có thể được thực hiện tại một thời điểm, đối với các hệ thống bên ngoài, có vẻ như nhiều tác vụ đang được thực hiện đồng thời. Nói cách khác, mỗi lần thực hiện nhiệm vụ cạnh tranh cho các tài nguyên từ bộ xử lý nhưng không thể sử dụng tất cả chúng cùng một lúc.

Cụ thể, chiến lược hoạt động tốt nhất trong đồng thời ràng buộc I/O bao gồm bất kỳ loại hoạt động nào trong đó chương trình gửi hoặc nhận dữ liệu từ một thiết bị khác. Một trong những nhiệm vụ này là cạo web. Đồng thời cho phép một cạp đưa ra nhiều yêu cầu cùng một lúc thay vì chờ một cái được thực hiện trước khi gửi tiếp theo. Trong trường hợp này, năng suất tăng khi thời gian cần thiết cho các yêu cầu được hoàn thành giảm.

Điều quan trọng cần lưu ý, đôi khi đồng thời có thể được định nghĩa là những gì được gọi là - song song bị lỗi, nhưng trong các khối sau, chúng ta sẽ vượt qua nó.

Hiểu chủ đề

Chủ đề đóng vai trò là khối xây dựng chính của các hệ thống thu thập dữ liệu đồng thời. Để nắm bắt toàn bộ mức độ hoạt động của các chủ đề, cần phải xem xét kỹ định định nghĩa của một quá trình. Một quy trình làm việc chứa một số hoạt động, mỗi hoạt động được thực hiện bằng một luồng duy nhất. Vì vậy, một chủ đề có thể được coi là đơn vị không thể chia cắt nhỏ nhất của máy tính.

Từ góc độ đồng thời, nhiều chủ đề có thể chạy cùng một lúc. Điều này cho phép hệ thống tận dụng tối đa các tài nguyên có sẵn của bộ xử lý.

Ngôn ngữ lập trình hiện đại và hệ điều hành cho phép quản lý các luồng: Tạo, đình chỉ và đồng bộ hóa chúng. Các chủ đề được đặc biệt ưa thích trong các tác vụ liên quan đến phân tích dữ liệu vì chúng có thể xử lý đồng thời một số luồng dữ liệu, giúp giảm thời gian chờ đợi và tăng hiệu quả.

Ví dụ thực tế

Nói một cách thực tế, đồng thời là một thành phần của gần như tất cả các hệ thống phần mềm đương đại. Tính năng này cho phép chạy một số lượng lớn các quy trình với các tài nguyên nhỏ. Một ví dụ trong sách giáo khoa về đồng thời đang phục vụ một số yêu cầu cùng một lúc trên máy chủ web.

Để minh họa, hãy để giả sử một thị trường trực tuyến nơi người dùng có thể đặt hàng, tìm sản phẩm và kiểm tra trạng thái của đơn đặt hàng của họ cùng một lúc. Máy chủ theo nghĩa đen không thể xử lý tất cả các yêu cầu cùng một lúc vì số lượng bộ xử lý hạn chế. Tuy nhiên, nó có thể thực hiện đồng thời cho phép nó chia sẻ thời gian với các tác vụ bằng cách chuyển đổi giữa các yêu cầu của người dùng. Ví dụ: một người dùng có thể đặt hàng và người dùng khác có thể yêu cầu thông tin sản phẩm. Máy chủ có thể thực hiện hai quy trình này theo kiểu theo chu kỳ thay vì chờ đợi lần đầu tiên hoàn thành trước khi bắt đầu lần thứ hai. Do đó, khả năng đáp ứng của hệ thống được cải thiện rất nhiều và hệ thống dường như đang thực hiện các nhiệm vụ song song.

Một ví dụ khác nhau liên quan đến quét web là nếu người dùng muốn thu thập dữ liệu từ 100 trang web. Không có sự đồng thời, tải xuống theo chu kỳ quy định chờ đợi sẽ mất một thời gian dài không cần thiết. Tuy nhiên, với sự đồng thời, người dùng có thể gửi, giả sử, 10 yêu cầu cùng một lúc và sau đó trong khi các trang đầu tiên đang tải, đã xử lý dữ liệu đã được nhận. So với việc chờ đợi mỗi trang riêng lẻ để tải, điều này tiết kiệm nhiều thời gian hơn.

Tận dụng đồng thời để tối ưu hóa các quy trình

Khi nói đến phân tích web, việc sử dụng đồng thời có thể tăng hiệu quả. Ví dụ: một cạp web có thể triển khai đồng thời để tìm nạp dữ liệu từ một số trang web cùng một lúc, do đó rút ngắn tổng thời gian cần thiết để thu thập thông tin. Dưới đây là một vài điểm về cách đồng thời giúp giảm thời gian cho các quy trình:

• cho phép tăng khả năng đáp ứng, do đó ngay cả khi các quy trình dài dòng khác đang chạy, hệ thống có thể ngay lập tức tham gia vào các yêu cầu của người dùng;
• cho phép sử dụng đầy đủ các tài nguyên bộ xử lý đã cho để thực hiện một số tác vụ trong khi chờ hoàn thành các tác vụ khác;
• cho phép thực hiện đồng thời nhiều quy trình, do đó giảm thời gian cần thiết để thực hiện tất cả các nhiệm vụ.

Hơn nữa, đồng thời được áp dụng để xử lý thông tin theo cách không chặn luồng thực thi chính, để máy tính có thể được sử dụng mà không có bất kỳ sự suy giảm nào về hiệu suất.

Song song là gì?

Định nghĩa ngắn song song đề cập đến việc hoàn thành một tập hợp các quy trình tính toán cụ thể trên các tài nguyên tính toán khác nhau một lúc. Trong sự song song, các tài nguyên được sử dụng cùng lúc trái ngược với đồng thời trong đó các tài nguyên chỉ được xen kẽ và một mô phỏng thực hiện đồng thời diễn ra. Nói cách khác, song song là quá trình xử lý dữ liệu đồng thời trên một số lõi CPU hoặc thậm chí trên một số máy chủ.

Hãy để đi xa hơn và xem xét: Tại sao sử dụng song song. Những lợi ích bao gồm những điều sau đây:

• thực hiện nhanh hơn các nhiệm vụ đòi hỏi tài nguyên như học máy, kết xuất đồ họa hoặc phân tích dữ liệu lớn;
• cân bằng hiệu quả khối lượng công việc trong các hệ thống đa lõi khi tải được chia sẻ giữa các lõi của bộ xử lý;
• xử lý thời gian thực của các luồng dữ liệu, điều này rất quan trọng trong các lĩnh vực như xử lý video hoặc phân tích tài chính.

Bộ xử lý đa lõi hiện đại cho phép phân chia các nhiệm vụ để thực hiện đồng thời song song và đồng thời đồng thời.

Tăng tốc các quá trình với sự song song

Việc thực hiện song song các nhiệm vụ làm giảm thời gian tính toán và liên quan đến việc phá vỡ tính toán thành các khối. Các quy trình hệ thống có thể được thực hiện theo kiểu không đồng bộ vì khối lượng công việc được phân chia trên các bộ xử lý và lõi khác nhau.

Trong song song hiện đại, một ví dụ có thể được quan sát trong xử lý hình ảnh. Giả sử một bộ lọc cụ thể phải được áp dụng cho hình ảnh độ phân giải cao. Nếu chúng ta xử lý từng pixel một, sẽ mất một lượng thời gian không hợp lý để hoàn thành. Tuy nhiên, với việc sử dụng song song, hình ảnh có thể được chia thành nhiều phần và mỗi bộ xử lý thực hiện phần của nó cùng một lúc. Điều này cho phép tăng tối đa tốc độ của ứng dụng và nâng cao hiệu suất của nó. Người ta cũng biết rằng phương pháp này được sử dụng trong xử lý thông tin AI cũng như trong các trò chơi video.

Đồng thời vs song song: Sự khác biệt chính

Trong khi phát triển các hệ thống phần mềm, người ta nên tìm hiểu thời gian cụ thể của việc sử dụng đồng thời trái ngược với sự song song và hiểu mối quan hệ giữa các kỹ thuật và hiệu suất này. Dưới đây là hai điểm quan trọng nhất cần hiểu:

• Mục tiêu chính của đồng thời là chuyển đổi giữa các tác vụ theo cách tối ưu để chúng được thực hiện một cách hiệu quả cùng một lúc, nhưng không thực sự được thực hiện song song.
• Song song cung cấp thực hiện thực sự đồng thời trên nhiều bộ xử lý hoặc lõi và hữu ích nhất trong các quy trình rất chuyên sâu về tính toán.

Below is a table that visually illustrates the points of difference between parallelism and concurrency:

Tóm lại, mỗi cách tiếp cận có những ưu điểm của nó, yêu cầu lựa chọn dựa trên nhu cầu hệ thống cụ thể. Dưới sức mạnh tính toán hạn chế, đồng thời hỗ trợ sử dụng hiệu quả tài nguyên, trong khi song song giúp tăng tốc các hoạt động bằng cách phân đoạn tải trên các bộ xử lý khác nhau.

Kết hợp đồng thời và song song

Mặc dù đồng thời vs song song có thể được nghiên cứu dưới dạng các hiện tượng riêng biệt, sự hợp nhất của chúng thường có năng suất cực kỳ. Trong các hệ thống với các ứng dụng phức tạp cần phản ứng cao, sự kết hợp của chúng rất quan trọng vì nó cải thiện đáng kể hiệu quả tổng thể. Một cách tiếp cận kết hợp cho phép sử dụng tài nguyên điện toán tối ưu và tăng tốc xử lý dữ liệu.

Một ví dụ về cách tiếp cận như vậy sẽ là việc xử lý một tập dữ liệu lớn. Trong trường hợp này song song liên quan đến việc chia các tác vụ cho nhiều bộ xử lý, trong khi đồng thời kiểm soát các quy trình trên mỗi bộ xử lý.

Lợi ích của việc kết hợp các phương pháp này bao gồm nhưng không giới hạn ở:

• Sử dụng tài nguyên điện toán tối đa hóa: Mỗi bộ xử lý và lõi đang hoạt động và hoạt động hết công suất;
• Tốc độ xử lý nâng cao: Các nhiệm vụ có thể được thực hiện đồng thời và việc thay đổi nhiệm vụ có thể tăng tốc đáng kể việc thực hiện các quy trình;
• Hỗ trợ cho các kịch bản phức tạp: Các quy trình nhiều lớp liên quan đến mức độ phức tạp đa tác vụ có thể được quản lý hiệu quả thông qua phương pháp kết hợp.

Sự kết hợp của các kỹ thuật này cho phép thiết kế các hệ thống rất mạnh mẽ và có thể mở rộng trong lĩnh vực xử lý thông tin lớn và các nhiệm vụ điện toán hạng nặng.

Cách tiếp cận tốt nhất để quét web

Khi trích xuất thông tin từ các trang web, chính các hoạt động của người dùng đã xác định liệu họ thích đồng thời hay song song, hoặc, thực sự, không ai trong số hai người. Trong thực tế, một cách tiếp cận đồng thời chỉ thực tế khi có một thời gian nhàn rỗi kéo dài trong việc ban hành các yêu cầu hoặc khi việc quét web không tốn nhiều CPU. Điều ngược lại là đúng đối với sự song song, rất hữu ích cho các tình huống có mức độ xử lý sau truy cập cao của nội dung trang hoặc có quá tải đáng kể của bộ xử lý do phân tích cú pháp.

Một sự kết hợp của các chiến lược có thể được theo đuổi, điều này sẽ tối ưu sẽ thực hiện đồng thời trong việc gửi các yêu cầu không đồng bộ và song song trong việc xử lý chúng. Cái sau có một lợi ích chính: bạn có thể truy cập trang đầy đủ và xử lý thông tin với cường độ cao không kém.

Đồng thời vs song song: Kết luận

Bài viết này đã phân tích chi tiết đồng thời so với song song, mô tả cách mỗi người có thể hoạt động trong các trường hợp và tình huống khác nhau. Đồng thời đề cập đến một tập hợp các kỹ thuật để quản lý các hoạt động thực hiện bằng cách chuyển đổi giữa chúng để tối đa hóa hiệu quả của việc sử dụng thời gian xử lý có sẵn. Sự song song có nghĩa là làm nhiều hơn một việc cùng một lúc, chẳng hạn như sử dụng nhiều bộ xử lý hoặc nhiều lõi của một bộ xử lý. Tính năng phân biệt chính của các chiến lược này xuất phát từ thực tế là trong đồng thời, một số tài nguyên không hoạt động trong khi được sử dụng, trong khi song song tối ưu hóa các tài nguyên có sẵn bằng cách phân phối lại chúng.

Như chúng ta thấy, sự lựa chọn tốt nhất của cách tiếp cận phụ thuộc vào đặc thù của vấn đề: Đồng thời là thích hợp hơn cho các nhiệm vụ không đồng bộ, trong khi song song là phù hợp hơn cho các tính toán phức tạp. Trong một số tình huống, kết hợp hai mang lại kết quả tốt nhất.