Олег Цилюрик - QNX/UNIX - Анатомия параллелизма

Часто задают вопрос: «А как много потоков целесообразно делать? Не сколько снижается эффективность многопоточной программы за счет диспетчеризации потоков?» С другой стороны, в литературе часто встречаются (достаточно голословные, на качественном уровне) утверждения, что многопоточная программа будет заметно уступать в фиктивности своему последовательному (в одном потоке) эквиваленту. Проверим это на реальной задаче:

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

// преобразование процессорных циклов в миллисекунды:

static double cycle2milisec(uint64_t ccl) {

const static double s2m = 1.E+3;

// это скорость процессора

const static uint64_t

cps = SYSPAGE_ENTRY(qtime)->cycles_per_sec;

return (double)ccl * s2m / (double)cps;

}

static int nsingl = 1;

// рабочая функция, которая имитирует вычисления:

void workproc(int how) {

const int msingl = 30000;

for (int j = 0; j < how; j++)

for (uint64_t i=0; i < msingl * nsingl; i++)

i = (i + 1) - 1;

}

static pthread_barrier_t bstart, bfinish;

struct interv { uint64_t s, f; };

interv *trtime;

void* threadfunc(void* data) {

// все потоки после создания должны "застрять" на входном

// барьере, чтобы потом одновременно "сорваться" в исполнение

pthread_barrier_wait(&bstart);

int id = pthread_self() - 2;

trtime[id].s = ClockCycles();

workproc((int)data);

trtime[id].f = ClockCycles();

pthread_barrier_wait(&bfinish);

return NULL;

}

int main(int argc, char *argv[]) {

// здесь только обработка многочисленных ключей...

int opt, val, nthr = 1, nall = SHRT_MAX;

while ((opt = getopt(argc, argv, "t:n:p:a:")) != -1) {

switch(opt) {

case 't':

if (sscanf(optarg, "%i", &val) != 1)

perror("parse command line failed"), exit(EXIT_FAILURE);

if (val > 0 && val <= SHRT_MAX) nthr = val;

break;

case 'p':

if (sscanf(optarg, "%i", &val) != 1)

perror("parse command line failed"), exit(EXIT_FAILURE);

if (val != getprio(0))

if (setprio(0, val) == -1)

perror("priority isn't a valid"), exit(EXIT_FAILURE);

break;

case 'n':

if (sscanf(optarg, "%i", &val) != 1)

perror("parse command line failed"), exit(EXIT_FAILURE);

if (val > 0) nsingl *= val;

break;

case 'a':

if (sscanf(optarg, "%i", &val) != 1)

perror("parse command line failed"), exit(EXIT_FAILURE);

if (val > 0) nall = val;

break;

default:

exit(EXIT_FAILURE);

}

}

// ... вот здесь начинается собственно сама программа.

if (nthr > 1)

cout << "Multi-thread evaluation, thread number = " << nthr;

else cout << "Single-thread evaluation";

cout << " , priority level: " << getprio(0) << endl;

__clockperiod clcout;

ClockPeriod(CLOCK_REALTIME, NULL, &clcout, 0);

// интервал диспетчеризации - 4 периода tickslice

// (системного тика):

cout << "rescheduling = \t"

<< clcout.nsec * 4 / 1000000. << endl;

// калибровка времени выполнения в одном потоке

const int NCALIBR = 512;

uint64_t tmin = 0, tmax = 0;

tmin = ClockCycles();

workproc(NCALIBR);

tmax = ClockCycles();

cout << "calculating = \t"

<< cycle2milisec(tmax - tmin) / NCALIBR << endl;

// а теперь контроль времени многих потоков

if (pthread_barrier_init(&bstart, NULL, nthr) != EOK)

perror("barrier init"), exit(EXIT_FAILURE);

if (pthread_barrier_init(&bfinish, NULL, nthr + 1) != EOK)

perror("barrier init"), exit(EXIT_FAILURE);

trtime = new interv[nthr];

int cur = 0, prev = 0;

for (int i = 0; i < nthr; i++) {

// границы участков работы для каждого потока.

cur = (int)floor((double)nall / (double)nthr * (i + 1) + .5);

prev = (int)floor((double)nall / (double)nthr * i + 5);

if (pthread_create(NULL, NULL, threadfunc, (void*)(cur - prev)) != EOK)

perror("thread create"), exit(EXIT_FAILURE);

}

pthread_barrier_wait(&bfinish);

for (int i=0; i < nthr; i++ ) {

tmin = (i == 0) ? trtime[0].s : __min(tmin, trtime[i].s);

tmax = ( i == 0 ) ? trtime[0].f : __max(tmax, trtime[i].f);

}

cout << "evaluation = \t"

<< cycle2milisec(tmax - tmin) / nall << endl;

pthread_barrier_destroy(&bstart);

pthread_barrier_destroy(&bfinish);

delete trtime;

exit(EXIT_SUCCESS);

}

Логика этого приложения крайне проста:

• Есть некоторая продолжительная по времени рабочая функция ( workproc), выполняющая массированные вычисления.

• Многократно (это число определяется ключом запуска а )выполняется рабочая функция. Хорошо (то есть корректнее), если время ее единичного выполнения, которое задается ключом n, больше интервала диспетчеризации системы (в системе установлена диспетчеризация по умолчанию - круговая, или карусельная).