C++ Dilinde Çoklu İş Parçacıklı Programlama Eğitimi

Eşzamanlılık Zorlukları ve Sorunlar

• Platform donanım sınırlamaları - donanım iş parçacıkları, kanallar, önbellek hafızası bağlantıları
• Çoklu iş parçacıklı programlama ile ilgili temel kavramlar (programın doğruluğu, canlılık, kıstırma, sıkışma, yarışımlar, atomiklik, uyum modelleri, Flynn taksonomisi)
• C++'da mevcut çoklu iş parçacıklı ve çoklu süreç uygulama mekanizmaları
• Standard kütüphane uygulaması - C++14'den bugüne (C++2a) kadar olan unsurlar
• Boost'taki mevcut uygulama - standard kütüphaneye göre farklılıklar

Süreçler ve İş Parçacıkları

• Birden çok süreçli uygulamalar ve birden çok iş parçacıklı uygulamalar
• İşletim sistemi ve iş parçacıkları (kullanılabilir uygulamaların kısa bir özeti)
• Süreçlerin ve iş parçacıklarının eşzamanlı hale getirilme mekanizmaları
• Eşzamanlılık yapısal olarak nasıl uygulanır
• Nesne yönelimli yaklaşımın çoklu iş parçacıklı uygulama (RAII modelinin rolü) konusundaki belirgin özellikleri

C++ Dili Hafıza Modeli

• Nesneler ve hafızadaki yerler
• İşlemlerin sıralanması ve zorlanması
• Eşzamanlılık, önceliklendirme, işlemler arasında atomik işlevleri ve serbest bırakma dizilimleri arasındaki ilişkiler
• Hafıza bariyerleri
• Atomik işlemler

C++14 ve Daha Yeni Standartlarda İş Parçacığı Yönetimi

• std::thread sınıfı ve iş parçacıklarının başlatılması
• İş parçacığının kimliği
• İş parçacığını bağlama ve bağlamadan çıkarma
• İş parçacığı ve standard konteyneler
• C++14 iş parçacıklarında hata yönetimi

Mutually Exclusive (MUTEX) ve Kritik Bölümler

• Basit mutlak eşzamanlılık kuralları
• Erişime izin veren mevcut nesnelerin türleri (sınıfları)
• C++14'te zaman yönetimi (chrono kütüphanesi) hızlı bir giriş
• std::mutex, std::timed_mutex, std::shared_mutex ve türetilmiş sınıflar
• Blokajın yönetimi konusundaki RAII modeli (std::lock_guard, std::unique_lock)
• Eşzamanlı ve erteleyici kilitler (std::lock)
• Kilit ve iş parçacığı sahipliği
• Okuyucu-yazar sorunu
• Tek seferlik başlatma
• İş parçacığı yerel (özel) hafıza (std::thread_local)

Kilitler ve İş Parçacıkları Eşzamanlılığı

• Semafor işlemleri
• Tekrarlayıcı kilitler
• Blokaj düzeyi tanımlanmış kilitler
• Decisive değişkenler ve blokajla işbirliği
• Etkin ve pasif barilerin uygulanması (Idle Waits, Busy Waits)
• İş parçacıklarının yeniden başlatılması
• İş parçacıkları arasında iletişim (Aktör modeli ve CSP)

Aşamalı Görevler

• Asenkron olaylar ve yönetimi
• Gelecekler (future)
• Vaatler (promise)
• Hazır görevler (packaged_task)

Atomik Türler

• Standart atomik türler
• Universel atomik bayrak (std::atomic_flag)
• "std::atomic<T>" sınıf şablonu ve özel durumları
• std::atomic türleri için araç fonksiyonları (serbest)

Çoklu İş Parçacıklı API Tasarımı Konuları

• Blokajlarla yapı tasarlama - genel ve ayrıntılı blokajlar
• Eşzamanlı kodun performansı - tahmin ve ölçüm teknikleri
• Veri bölüştürme
• Çözümlerin ölçeklenebilirliği
• Uygulama mimarisinde hata ve olağanüstü durum yönetimi

Çoklu İş Parçacıklı Uygulamaların Testi ve Hata Ayıklaması

• Çoklu iş parçacıklı işlemler açısından kod incelemeleri
• Çoklu iş parçacıklı uygulamaların testine özgü yönleri
• Birim testleri
• Hata durumlarının olasılığını artırma
• Formal test yöntemleri
• Çoklu iş parçacıklı uygulama mimarisindeki desenler ve test/hata ayıklama (genel bakış)

Gelişmiş İş Parçacığı Yönetimi

• Eşzamanlı iş parçacıkları (Sagi modeli)
• Veri erişimine olan rekabetin önlenmesi
• İş parçacığının denetimli durdurulması ve kesilmesi
• Blokaj yapan çağrıların kesilmesi
• Kesme yönetimi
• Görev çalmak (stealing)
• Uygulama sona erme sırasında görevleri kesmek

Çoklu İş Parçacıklı Tasarım Desenleri

• Çoklu iş parçacıklı desenlerin türleri ve amacları
• Desenlerin uygulanma alanları
• İş parçacığı havuzu (Thread Pool)
• Etkin Nesne Deseni (Active Object)
• Güvenli Çoklu İş Parçacıklı Kuyruk (Thread Safe Queue)
• Üretici-Tüketici Deseni (Producer Consumer)
• Monitor Deseni (Monitor)
• GoF desenlerinin çoklu iş parçacıklı güvenliği