C++ – Vlákna, korutiny a asynchronní I/O (CPP4)

Programování, C, C++

Od verze C++11 je součástí standardního C++ podpora vláken operačního systému, model pro vícevláknové aplikace a základní synchronizační nástroje. Díky tomu je možné vytvářet aplikace s paralelními výpočty a souběžným zpracováním I/O nezávisle na konkrétním hardware, operačním systému a implementaci C++.

Od verze C++20 pak přibývá spousta synchronizačních nástrojů ve standardní knihovně a přidává se podpora asynchronních funkcí, které fungují jako lehká kooperativní vlánka uvnitř aplikace. C++26 pak přináší nástroje pro podporu lock-free algoritmů a datových struktur.

Kurz je od základu postavený pro standardy C++20, C++23 a C++26. Na požádání lze upravit pro starší verzi C++. Pro některé části je potřeba knihovna Boost.Asio.

TOTO ŠKOLENÍ VÁM POMŮŽE:

  • Porozumět datovému modelu C++ pro aplikace běžící ve více hardwarových vláknech
  • Poznat nástroje pro synchronizaci práce s daty v paměti sdílené mezi vlákny
  • Seznámit se s fungováním korutin a naučit se je prakticky využívat v projektech
  • Vyzkoušet si praktické možnosti vláken a korutin s pomocí externích knihoven

KDO BY SE MĚL KURZU ZÚČASTNIT?

  • Vývojáři aktivně pracující na softwarových projektech a produktech
  • Programátoři pracující na projektech s vlákny a korutinami
  • Zájemci o programování s využitím systémů s více CPU
  • Také vývojáři, kteří chtějí srovnat možnosti C++ s jinými prostředími

KDE A KDY KURZ PROBÍHÁ?



Privátní školení

Tento kurz není vypisován v otevřených termínech pro veřejnost.
Realizujeme jej výhradně jako školení na klíč, pro které může být zde uvedená osnova inspirací. Finální obsah, časový rozsah, termíny i forma realizace jsou vždy přizpůsobeny konkrétním požadavkům zadavatele. Školit můžeme také v angličtině.

Poptat kurz na míru

Náplň kurzu:

Skrýt detaily
  • Paralelní programování v C++
    1. Multithreading a multiprocessing
    2. Korutiny a plánování v rámci procesu
    3. Synchronizace přístupu k prostředkům
  • Vícevláknový datový model
    1. Co se všechno může pokazit (UB)
    2. Kdy vůbec C++ něco garantuje
    3. Jak psát korektní paralelní programy
  • Jak se pracuje s vlákny v C++
    1. Spouštění a zastavování vlánek
    2. Čekání na dokončení práce vlákna
    3. Ukončení hlavního vlákna a destruktory
  • Klasická synchronizace vláken
    1. Zamykání dat proti souběhu (mutex)
    2. Signalizace pomocí událostí (condition)
    3. Efektivita mutexů v operačních systémech
  • Pokročilé synchronizační nástroje
    1. Signalizace pomocí semaforů (semaphore)
    2. Další dostupné nástroje (barrier, latch)
  • Futures a asynchronní spouštění
    1. Objekt reprezentující budoucí hodnotu (future)
    2. Příslib hodnoty na straně producenta (promise)
    3. Provádění funkcí ve vlákně na pozadí (std::async)
  • Atomické proměnné a operace
    1. Viditelnost změn v paměti (visibility)
    2. Hardware a sekvence operací (memory order)
    3. Atomické operace a korektní programy
  • Bezzámkové datové struktury
    1. Aplikace atomických operací (CAS)
    2. Charakter algoritmů (lock-free, wait-free)
    3. Problém neviditelných změn (ABA)
  • Od vlastních implementací k C++26 a dál
    1. Změny datových strukturu pomocí kopií (RCU)
    2. Podpora pro znáčkování ukazatelů (hazard pointers)
    3. Bonus: Transakční paměť
  • Praktické aplikace vláken
    1. Komunikace pomocí TCP/IP
    2. Aplikace na protokolu HTTP
    3. Využívání existujících vláken (thread pool)
  • Asynchronní volání přes callbacky
    1. Plánování akcí pomocí callbacků
    2. Objekty akcí s typovou kontrolou (lambda, capture)
    3. Princip senders a receivers
  • Korutiny a asynchronní I/O
    1. Motivace práce s korutinami
    2. Externí knihovny s plánovačem
    3. Potenciální dopady v embedded světě
  • Principy asynchronního I/O
    1. Integrace plánovače a I/O
    2. Výpočty versus komunikace
    3. Interakce s multithreadingem
  • Asynchronní síťová komunikace
    1. Komunikace pomocí TCP/IP
    2. HTTP server a klient
    3. Souběh s ostatními operacemi
  • Embedded a komunikace s hardware
    1. Komunikace po sériové lince
    2. Lokální komunikační kanály
    3. Interakce s operačním systémem
  • Výpočetní vlákna a korutiny
    1. Korutiny mají řešit I/O
    2. CPU bound versus I/O bound
    3. Kombinace vláken a korutin
Předpokládané znalosti:
Dobrá znalost programování v jazyce C++
Doporučený předchozí kurz:
C++ – Praktické programování pro pokročilé (CPP2)
Časový rozvrh:
4 dny (9:00-17:00)

Ukázka prostředí a výuky

IT učebna se stoly, počítači s monitory a projekčním plátnem v přední části místnosti.
Jak vypadá prostředí pro prezenční IT kurzy?Školení pořádáme ve vlastních učebnách vybavených moderní výpočetní technikou pro každého účastníka a velkoplošnou projekcí. Každá stanice disponuje výkonným počítačem pro bezproblémové praktické procvičování a prostředí podporuje klid a pohodovou atmosféru během školení.
IT učebna se stoly, počítači s monitory a projekčním plátnem v přední části místnosti.
Potřebuji si na prezenční kurz IT přinést vlastní počítač?Naše učebny jsou kompletně vybavené, takže vlastní notebook nepotřebujete. Na místě na Vás čeká připravený moderní počítač se vším potřebným hardwarem a softwarem pro dané školení.
Vzor certifikátu ICT Pro o úspěšném absolvování IT školení se jménem a podpisem.
Obdržíte po absolvování IT kurzu oficiální osvědčení?Ano, po úspěšném dokončení školení získáte oficiální certifikát ICT Pro potvrzující vaše absolvování a získané technické znalosti. Můžete jej využít pro doložení kvalifikace nebo přiložit ke svému profesnímu profilu.
Pohled na moderní administrativní budovu COMGUARD v Brně na Sochorově ulici.
Kde najdete naše školicí centrum v Brně?Prostory školicího centra ICT Pro s.r.o. se nachází v 1. patře budovy COMGUARD na adrese Sochorova 38 v Brně. Místo na rozhraní Žabovřesk a Komína je snadno dostupné autem i městskou hromadnou dopravou.
Pohled na moderní budovu Opatov Park v Praze na Chodově.
Kde najdete naše školicí centrum v Praze?Prostory školicího centra ICT Pro s.r.o. se nachází v 1. poschodí budovy Opatov Park na adrese Líbalova 1, Praha 11 – Chodov. Místo nabízí pohodlné zázemí pro vaše vzdělávání s výbornou dostupností.
Vybavená kuchyňka s kávovarem, mikrovlnnou troubou, dřezem a poličkami plnými hrnků a sklenic.
Jaké zázemí a občerstvení je pro vás připraveno během přestávek?V našich školicích centrech máte k dispozici plně vybavenou kuchyňku pro pohodlný odpočinek během přestávek. Součástí zázemí je kávovar, mikrovlnná trouba, varná konvice i široký výběr nápojů a občerstvení.
Kávový koutek s automatickým kávovarem, žlutými a bílými hrnky, sklenicemi a sirupy.
Jaké nápojové osvěžení je pro vás připraveno na kurzu?Během celého školení je vám k dispozici nápojový koutek s kávovarem, čaji, sirupy a vodou. Můžete si tak kdykoliv během přestávky dopřát kávu nebo jiný nápoj podle chuti.
Stůl s přichystaným sladkým pečivem, sirupy, dávkovačem vody a sklenicemi pro účastníky školení.
Jaké drobné občerstvení je pro vás v rámci kurzů připraveno?Během přestávek na kurzech je účastníkům k dispozici drobné sladké občerstvení, pečivo a sirupy pro namíchání vlastní limetkové či ovocné limonády. Nechybí ani čerstvá voda a talířky pro pohodlné servírování.
Proutěné košíky naplněné balenými slanými snacky, sladkými sušenkami a tyčinkami.
Mám si na školení ICT Pro brát svačinu?Nemusíte. Během přestávek je pro vás připraven bohatý výběr slaných pochutin i sladkých sušenek a tyčinek. Energie na celodenní soustředění je tak vždy po ruce přímo v prostorách školicího centra.
Venkovní dřevěná terasa s výhledem do zeleně u prosklené budovy školicího centra.
Můžete trávit přestávky během školení na čerstvém vzduchu?Ano, v našem školicím centru je vám k dispozici venkovní terasa. Během přestávek mezi bloky výuky si tak můžete odpočinout na čerstvém vzduchu v příjemném prostředí obklopeném zelení.
Prostorná venkovní dřevěná terasa s posezením a výhledem do okolí u budovy.
Kde si můžete odpočinout během přestávek na školení?V našem školicím centru máte k dispozici prostornou venkovní terasu s posezením. Během přestávek mezi bloky výuky si tak můžete odpočinout a načerpat energii na čerstvém vzduchu.