Dev Blog

Контрольні питання ​

Питання для самоперевірки та підготовки до іспиту, згруповані за темами курсу.

Тема 1. Основи паралельних обчислень ​

  1. Що таке паралельні та розподілені обчислення? Порівняйте паралелізм і конкурентність.
  2. Опишіть архітектури обчислювальних систем зі спільною та розподіленою пам’яттю. Що таке SMP і NUMA?
  3. Поясніть класифікацію Флінна: SISD, SIMD, MISD, MIMD. Наведіть приклади сучасних систем.
  4. Що таке прискорення та ефективність паралельного алгоритму? Як їх вимірювати?
  5. Поясніть закон Амдала. Як частка послідовного коду обмежує прискорення?
  6. Поясніть закон Густафсона та порівняйте його із законом Амдала. Що таке сильне і слабке масштабування?

Тема 2. Процеси та потоки ​

  1. Порівняйте процеси та потоки операційної системи. Що таке перемикання контексту?
  2. Як операційна система планує виконання потоків? Поясніть пріоритети та кванти часу.
  3. Що таке спорідненість процесорів (affinity) і як її налаштувати?
  4. Як створювати та запускати потоки за допомогою класу Thread у C#? Порівняйте фонові й основні потоки.
  5. Що таке пул потоків (ThreadPool)? Які переваги він дає порівняно зі створенням потоків?
  6. Що таке локальна пам’ять потоку (ThreadLocal, атрибут ThreadStatic)?

Тема 3. Синхронізація потоків ​

  1. Що таке стан гонитви (race condition)? Наведіть приклад і способи його усунення.
  2. Що таке критична секція? Поясніть оператор lock і клас Monitor.
  3. Поясніть атомарні операції класу Interlocked.
  4. Порівняйте засоби синхронізації Mutex, Semaphore, SemaphoreSlim та ReaderWriterLockSlim.
  5. Що таке взаємоблокування (deadlock), голодування (starvation) та активне блокування (livelock)? Які умови виникнення взаємоблокування та способи його запобігання?
  6. Поясніть сигнальні примітиви ManualResetEventSlim, AutoResetEvent і Barrier.

Тема 4. Потокобезпечні колекції ​

  1. Які потокобезпечні колекції надає простір імен System.Collections.Concurrent? Поясніть роботу ConcurrentDictionary та ConcurrentQueue.
  2. Що таке патерн «виробник–споживач»? Як реалізувати його за допомогою BlockingCollection?
  3. Що таке канали (System.Threading.Channels)? Порівняйте обмежені та необмежені канали.
  4. Що таке хибне розділення кешу (false sharing)? Як воно впливає на продуктивність?
  5. Як виявити та усунути хибне розділення кешу в паралельній програмі?

Тема 5. Задачі TPL і async/await ​

  1. Що таке бібліотека TPL? Порівняйте задачі (Task) та потоки.
  2. Як створювати та запускати задачі (Task.Run), очікувати їх завершення (Wait, WhenAll, WhenAny) та задавати продовження (ContinueWith)?
  3. Як скасувати задачу за допомогою CancellationToken?
  4. Як обробляти винятки в задачах? Що таке AggregateException?
  5. Порівняйте асинхронне програмування async/await та паралельні обчислення.

Тема 6. Паралелізм даних і PLINQ ​

  1. Що таке паралелізм даних? Поясніть методи Parallel.For і Parallel.ForEach.
  2. Як налаштувати ступінь паралелізму (ParallelOptions) та достроково завершити паралельний цикл?
  3. Що таке PLINQ? Поясніть методи AsParallel, AsOrdered та WithDegreeOfParallelism.
  4. Що таке розбиття даних (partitioning)? Порівняйте діапазонне та блочне розбиття.
  5. Поясніть паралельні алгоритми сортування (паралельне сортування злиттям, швидке сортування).
  6. Що таке редукція (reduction)? Як виконати паралельне підсумовування з локальними для потоку результатами?

Тема 7. Векторизація SIMD ​

  1. Що таке векторизація SIMD? Які набори інструкцій (SSE, AVX, AVX-512, NEON) ви знаєте?
  2. Як використовувати тип Vector<T> у .NET для векторних обчислень? Що таке апаратні внутрішні функції (System.Runtime.Intrinsics, Vector256)?
  3. Як поєднати векторизацію SIMD та багатопотоковість для прискорення обчислень?
  4. Поясніть паралельні алгоритми множення матриць. Як на швидкодію впливає порядок обходу та блокування кешу?
  5. Які паралельні алгоритми розв’язання систем лінійних рівнянь ви знаєте?

Тема 8. Паралельні алгоритми ​

  1. Які рівні паралелізму ви знаєте (бітовий, інструкцій, даних, потоків і задач, процесів, завдань)? Що таке зернистість паралелізму?
  2. Поясніть моделі паралельних обчислень PRAM і BSP та модель роботи й проміжку (work–span). Що стверджує теорема Брента?
  3. Що таке грід-система та віртуальна організація? Порівняйте кластер, грід і хмару; наведіть приклади грід-інфраструктур (EGI, WLCG, BOINC).
  4. Поясніть методологію Фостера PCAM. Які схеми декомпозиції векторів і матриць (блочна, циклічна, смуги, шахова) ви знаєте?
  5. Як розпаралелити чисельне інтегрування та пошук коренів нелінійного рівняння? Порівняйте статичне й динамічне балансування навантаження.

Тема 9. Багатопотоковість у C++ ​

  1. Як створювати потоки в C++ за допомогою std::thread і std::jthread?
  2. Поясніть засоби синхронізації C++: std::mutex, std::lock_guard, std::scoped_lock, std::atomic.
  3. Що таке умовні змінні (std::condition_variable)? Як реалізувати чергу завдань?
  4. Поясніть std::async, std::future та std::promise.
  5. Що таке паралельні алгоритми стандартної бібліотеки C++ та політики виконання (std::execution::par, par_unseq)?
  6. Як зібрати проєкт C++ за допомогою CMake і Ninja в JetBrains CLion з компілятором GCC?

Тема 10. OpenMP ​

  1. Що таке OpenMP? Поясніть модель fork-join, директиви pragma omp parallel та omp parallel for.
  2. Поясніть області видимості змінних OpenMP: shared, private, firstprivate.
  3. Що таке редукція (reduction) в OpenMP? Наведіть приклад паралельного підсумовування.
  4. Поясніть стратегії розподілу ітерацій циклу: static, dynamic, guided.
  5. Що таке задачі OpenMP (task, taskwait)? Як розпаралелити рекурсивні алгоритми?
  6. Як прив’язувати потоки до ядер (OMP_PROC_BIND, OMP_PLACES) з урахуванням архітектури NUMA?

Тема 11. Обчислення на GPU ​

  1. Опишіть архітектуру графічного процесора. Порівняйте GPU та CPU для паралельних обчислень.
  2. Що таке CUDA? Поясніть поняття ядра (kernel), хоста й пристрою та ієрархію потоків, блоків і сіток.
  3. Поясніть ієрархію пам’яті GPU та передавання даних між хостом і пристроєм.
  4. Як написати та запустити просту програму CUDA C++ за допомогою NVIDIA CUDA Toolkit?
  5. Що таке бібліотека ILGPU? Як виконувати обчислення на GPU з програми мовою C#?
  6. Які задачі ефективно розв’язувати на GPU і які фактори обмежують прискорення?

Тема 12. Передавання повідомлень MPI ​

  1. Що таке стандарт MPI? Поясніть комунікатор, ранг процесу та запуск програми (mpirun).
  2. Поясніть двоточкові операції MPI_Send і MPI_Recv. Що таке блокувальні та неблокувальні операції?
  3. Що таке взаємоблокування в програмах MPI і як його уникнути?
  4. Поясніть колективні операції MPI_Bcast, MPI_Scatter, MPI_Gather та операції редукції MPI_Reduce і MPI_Allreduce.
  5. Що таке гібридні програми MPI + OpenMP? Які переваги вони дають на кластерах?
  6. Як виміряти час виконання та оцінити масштабованість програми MPI?

Тема 13. Кластер і планувальник Slurm ​

  1. Опишіть архітектуру обчислювального кластера: керувальний і обчислювальні вузли, мережа, спільна файлова система.
  2. Що таке планувальник завдань Slurm? Поясніть поняття розділу (partition), завдання та ресурсів і команди sbatch, srun, squeue та scancel.
  3. Як написати сценарій завдання Slurm для програми MPI?
  4. Як налаштувати операційну систему Linux для високопродуктивних обчислень?
  5. Як віддалено працювати з кластером через SSH та переносити файли?

Тема 14. Сокети, RPC і gRPC ​

  1. Опишіть моделі розподілених обчислень: клієнт-сервер, однорангова мережа, віддалений виклик процедур.
  2. Як реалізувати мережну взаємодію за допомогою сокетів TCP у .NET?
  3. Що таке віддалений виклик процедур (RPC)? Порівняйте WCF і CoreWCF.
  4. Що таке gRPC? Поясніть мову опису інтерфейсів Protocol Buffers (файл .proto) і види викликів: унарні, серверний, клієнтський і двонаправлений потоки.
  5. Порівняйте gRPC та REST за продуктивністю і сферами застосування.

Тема 15. Брокер RabbitMQ ​

  1. Що таке брокер повідомлень? Опишіть модель AMQP: обмінники, черги, прив’язки.
  2. Як реалізувати чергу завдань із кількома обробниками в RabbitMQ?
  3. Поясніть типи обмінників RabbitMQ: direct, fanout, topic, headers.
  4. Як реалізувати шаблон «публікація–підписка» за допомогою RabbitMQ?
  5. Поясніть гарантії доставки повідомлень: підтвердження, стійкі черги, повторна доставка.
  6. Як працювати з RabbitMQ з програми .NET за допомогою клієнтської бібліотеки RabbitMQ.Client?

Тема 16. Актори та Microsoft Orleans ​

  1. Що таке модель акторів? Які її переваги для розподілених систем?
  2. Що таке фреймворк Microsoft Orleans? Поясніть поняття віртуальних акторів (grains) і силосів (silos).
  3. Як зберігається та відновлюється стан grain в Orleans?
  4. Поясніть теорему CAP. Наведіть приклади систем CP та AP.
  5. Що таке відмовостійкість? Поясніть реплікацію, повторні спроби та шаблон «запобіжник» (circuit breaker).
  6. Що таке консенсус у розподілених системах? Поясніть загальну ідею алгоритму Raft.

Тема 17. Docker, Kubernetes, Aspire ​

  1. Що таке контейнеризація? Порівняйте контейнери та віртуальні машини.
  2. Як створити образ контейнера для застосунку .NET за допомогою Dockerfile і запустити кілька сервісів за допомогою Docker Compose?
  3. Що таке Kubernetes? Поясніть поняття Pod, Deployment, Service.
  4. Як масштабувати застосунок у Kubernetes та забезпечити його відмовостійкість?
  5. Що таке .NET Aspire? Як він спрощує розробку та оркестрацію розподілених застосунків?

Тема 18. Архітектура мікросервісів ​

  1. Порівняйте монолітну та мікросервісну архітектури. Як декомпонувати систему за обмеженими контекстами (bounded contexts)?
  2. Що таке API-шлюз і BFF? Які функції виконує YARP у мікросервісній системі?
  3. Чому в мікросервісах уникають розподілених транзакцій (2PC)? Поясніть патерн Saga: хореографія, оркестрація, компенсувальні дії.
  4. Поясніть патерни Transactional Outbox та Inbox. Як забезпечити ідемпотентність споживачів повідомлень?
  5. Що таке спостережуваність (observability)? Як OpenTelemetry і дашборд Aspire допомагають трасувати запити між сервісами?