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[简介]
过去，做一个并行计算的试验要费九牛二虎之力，今天，有了.net remoting，我们只需要完成非常少的编程工作，便可以跨多台计算机轻松进行分布计算。在本文中，eric bergman-terrell创建了一个名为digits of pi的应用程序，它使用并行的多台计算机以不可思议的精度计算π值。他设法在12小时内完成了10,000位数的计算，却只使用了相当少的计算资源。这比用一台计算机单独完成计算快了300％。
欢迎进入.net remoting的奇妙世界！在这篇文章里，您将与我一起，亲自动手体验并行计算的威力。为了方便您更好地理解这篇文章，请首先按照下面的步骤作一番准备：
1．从附增光盘获取示例应用程序及源代码。
2．打开everything.sln解决方案。此解决方案包含运行“digits of pi”应用程序所需的三个项目（client、server和serverloader）。还包含一个名为simpleclient的项目。加载everything.sln之后，请选择build（编译）| batch build…（批编译…）。单击select all（全部选定）按钮，然后单击build（编译）。编译所有内容后，请在本地计算机以及您的lan中的远程计算机上安装该软件。
3．在本地计算机上，创建一个文件夹并将以下文件复制到其中：
server\bin\release\plouffe_bellard.dll
client\bin\release\digitsofpi.exe
4．在每个远程计算机和本地计算机上，创建一个文件夹并将以下文件复制到其中：
server\bin\release\plouffe_bellard.dll
serverloader\bin\release\serverloader.exe
serverloader\serverloader.exe.config
5．然后运行serverloader.exe程序。当然，运行serverloader和digits of pi程序之前，需要在每台计算机上安装.net framework。
在所有远程计算机和本地计算机上运行serverloader程序后，请运行digits of pi程序。单击configure…（配置…）（参见图1），添加本地计算机名和远程计算机名。如果不确定某台计算机的名称，请查看serverloader程序，它在表中显示其计算机名。如果您很幸运地拥有一个多cpu系统，您只需为所有cpu输入一次计算机名。只需在计算机名后键入@符号和一个编号。例如，如果您拥有一个名为“brainiac”的双cpu系统，则键入以下计算机名：“brainiac@1”和“brainiac@2”。为多cpu系统输入多个计算机名可以确保所有计算机的cpu都用于计算π值。输入所有计算机名后，单击ok（确定）。
指定要计算的位数（参见图2）并单击calculate（计算）。请从较少的位数开始，π值小数点后面的位数越多，程序所需的时间就越长。
图3显示了digits of pi程序如何在本地计算机和远程计算机中分配工作量，它使用tcp/ip端口9000发送请求并接收结果。接下来，我们将详细探讨remoting、plouffe_bellard服务器对象、serverloader程序、simpleclient程序和digits of pi程序。
服务器对象
服务器对象将计算指定的九位π值。它被命名为plouffe_bellard，因为它使用fabrice bellard的增强simon plouffe算法。虽然存在更快的算法，但plouffe-bellard算法非常简单（少于300行源代码），它使用少量的内存，并且由于九位数字可以单独计算，因此更适于并行执行。plouffe_bellard.calculatepidigits方法将计算在指定位置开始的九位π值。例如，calculatepidigits(0)从第一位开始返回九位数字：141592653。calculatepidigits(9)从第十位开始返回九位数字，依此类推。
serverloader
serverloader程序将加载服务器对象，指定通过lan访问服务器对象的协议和端口，侦听来自客户端程序的传入调用，处理调用并返回结果。特别值得注意的是，所有这些只需一行代码便可完成，只需通过使用配置文件的路径调用remotingconfiguration.configure方法。serverloader程序将加载名为serverloader.exe.config的配置文件（参见代码段1）。此配置文件指定以singlecall模式加载服务器对象，即每个传入调用都由服务器对象的一个新实例处理。如果服务器对象以singleton模式加载，每个传入调用都将由同一个实例处理。类型属性指定服务器对象的完整类型名称（包括pb命名空间）及其程序集的名称。objecturi属性指定对象的统一资源标识符(uri)的端点。<channel>元素指定使用tcp协议，端口9000访问服务器对象。
代码段1：serverloader.exe.config
<configuration>
<system.runtime.remoting>
<application name = "serverloader">
<service>
<wellknown
mode="singlecall"
type="pb.plouffe_bellard,plouffe_bellard"
objecturi="plouffe_bellard"/>
</service>
<channels>
<channel ref="tcp server" port="9000"/>
</channels>
</application>
</system.runtime.remoting>
</configuration>
simpleclient
我创建了一个名为simpleclient的程序，以说明客户端程序访问远程计算机上的服务器对象是多么容易。要运行simpleclient，首先在远程计算机上运行serverloader，然后在本地计算机上运行simpleclient.exe程序。在remote machine（远程计算机）文本框中输入远程计算机的名称，然后单击calculate（计算）按钮开始计算第一个九位π值。simpleclient的calculatebutton_click方法包含客户端访问远程服务器所需的所有代码（参见代码段2）。可以使用由远程计算机名、协议(tcp)和端口号(9000)组成的url访问远程服务器。例如，要访问我的“pentium 200”计算机，则url为“tcp://pentium 200:9000/serverloader/plouffe_bellard”。创建url后，将使用服务器的类型(plouffe_bellard)和url调用activator.getobject。然后，返回的值被转换为plouffe_bellard对象以备使用。调用其calculatepidigits方法时，请求被发送到远程计算机上的serverloader。然后，服务器对象计算小数位。最后，在一个文本框中显示返回客户端程序的结果。
代码段2：用于访问远程服务器的simpleclient代码
private void calculatebutton_click(object sender,system.eventargs e)
{
cursor.current = cursors.waitcursor;
plouffe_bellard picalculator = null;
string machinename = remotemachinetextbox.text;
try
{
int port = 9000;
string url = "tcp://" + machinename + ":" +
port + "/serverloader/plouffe_bellard";
picalculator = (plouffe_bellard)
activator.getobject(typeof(plouffe_bellard), url);
resultstextbox.text = "3." +
picalculator.calculatepidigits(1);
}
catch(exception)
{
messagebox.show(
"需要在计算机" +
machinename,
"simple client上运行serverloader.exe",
messageboxbuttons.ok,
messageboxicon.error);
}
cursor.current = cursors.arrow;
}
digits of pi客户端
digits of pi客户端程序比simpleclient更复杂。simpleclient仅通过访问远程计算机上的服务器对象来计算前九位π值。而digits of pi则同时使用configure（配置）对话框中指定的远程计算机和本地计算机（如图1所示）并行计算用户指定的小数位。服务器对象在单独的线程中访问，以便在可能需要很长时间的计算过程中保持digits of pi gui对用户操作的响应性。
digits of pi使用数组将作业分为九位数据块，将工作量分配到所有可用的计算机上。用户单击calculate（计算）按钮后，将创建solutionarray（参见图4）。solutionarray为要计算的每组九位π值分配一个solutionitem元素。服务器对象计算m_digit字段指定的九位数组后，数位将存储在m_results成员中。m_machinename成员包含运行服务器的计算机的名称。存储计算机名是为了使digits of pi能够显示每台计算机计算的小数总数（参见图2）。
为使服务器对象并行计算，digits of pi将为每个服务器对象创建一个线程并启动线程计算。然后，必须等待所有线程完成计算后才能显示最终结果。waithandle对于等待多个线程很有用。digits of pi将为每个线程使用一个waithandle，以等待所有线程完成计算。
将调用calculationthread.calculate（参见代码段3）以便为每个服务器对象创建一个线程。该操作将启动线程运行，然后返回一个autoresetevent（从waithandle衍生而来）。每个线程的autoresetevent都存储在一个数组中，然后数组被传递给waithandle.waitall。完成线程计算后，将对其autoresetevent调用set方法。最后一个线程调用set方法后，将返回waitall调用，并显示π的值。
代码段3：calculationthread。
public static waithandle calculate(
solutionarray solutionarray, string machinename)
{
calculationthread calculationthread = new
calculationthread(solutionarray, machinename);
thread thread = new thread(new
threadstart(calculationthread.calculate));
thread.start();
return calculationthread.calculationdone;
}
每个线程都使用相同的算法：如果有更多的工作要处理，线程将夺取下一个solutionitem，在solutionitem中存储服务器对象的计算机名，计算指定的九位小数，并将结果存储在solutionitem中。此进程将一直运行，直到所有solutionitem中都填充了结果。有关详细信息，请参见代码段4。
代码段4：calculationthread.calculate
public void calculate()
{
plouffe_bellard picalculator =
remotepicalculator.getpicalculator(
getrealmachinename(machinename));
if (picalculator != null)
{
solutionitem item = null;
bool abort;
do
{
abort = solutionarray.abort;
if (!abort)
{
item = solutionarray.getnextitem();
if (item != null)
{
item.machinename = machinename;
try
{
item.results =
picalculator.calculatepidigits(item.digit);
}
catch (exception e)
{
abort = true;
messagebox.show(
"无法访问主机上的远程对象" +
machinename +
environment.newline +
environment.newline +
"message: " +
e.message, globals.programname,
messageboxbuttons.ok,
messageboxicon.error);
}
updatestatisticsdelegate usd = new
updatestatisticsdelegate(
mf.updatestatistics);
mf.invoke(usd, new object[] {} );
}
}
} while (item != null && !abort);
calculationdone.set();
}
}
下面是每一步的说明：
1. getrealmachinename从多cpu计算机名中删除@1模式。例如，getrealmachinename("brainiac@1")返回“brainiac”。有关多cpu计算机名的解释，请参见图1对话框中的文本。
2.知道正确的计算机名后，将其传递给remotepicalculator.
getpicalculator，这样才可以通过picalculator变量访问该计算机上的服务器对象。
3. 如果用户单击了cancel（取消）按钮，将设置abort属性。如果abort属性为true，线程将停止计算。
4. 对mf.invoke的调用使线程可以安全地更新listview中的统计数据（参见图2），即使该listview是由另一个线程创建的。在32位windows编程中，绝不允许在创建某个控件的线程之外处理该控件。
5. 完成循环（即计算完指定的所有π位数或者用户单击cancel [取消]按钮）后，将调用线程的autoresetevent的set函数。
6. 当每个线程都调用其autoresetevent的set函数后，将返回对waithandle.waitall的调用并显示结果。
线程同步
如果digits of pi的代码由多个线程同时访问，可能会有多个地方出现错误。例如，如果两个线程同时调用solutionarray.getnextitem，可能会返回相同的内容。这就是在getnextitem方法中设置[methodimpl(methodimploptions.synchronized)]属性的原因，该属性可以确保一次只有一个线程调用该方法。如果方法的每一行代码都不应由多个线程同时访问，则使方法同步是一个很好的策略。
由于mainform.calculate方法只有一行代码不能同时被多个线程访问，因此它将在该行代码之前调用monitor.enter，并在其后调用monitor.exit。如果该行代码已在其他线程上运行，monitor.enter将被阻止。如果整个函数已实现同步，那么只保护需要防止多个线程访问的代码行就可以提高性能。
从system.windows.forms.control派生的对象（例如button、textbox、richtextbox、label、listbox、listview等等）只应由创建它们的线程处理。要从非创建线程中安全处理control衍生对象，请首先将处理代码放入一个方法，然后为该方法声明一个代理：
delegate void setresultstextdelegate(string text);
private void setresultstext(string text)
{
resultsrichtextbox.text = text;
}
然后使用form.invoke间接调用该方法：
setresultstextdelegate srtd = new
setresultstextdelegate(setresultstext);
invoke(srtd, new object[] { "" } );
invoke方法将从创建它的线程中调用该方法，它使用的参数与对象数组中的元素相对应。
小结
.net remoting是一种在远程（和本地）计算机上执行代码简单有效的机制。只需将代码封装到.net对象中，编写加载该对象并侦听请求的程序，然后在客户端程序中调用activator.getobject。如果您的lan中有一些闲置的计算机，可以利用它们轻松地解决并行问题。只需记住要使用正确的线程同步机制，以防止线程之间发生冲突。
