Харт Джонсон М.
Шрифт:
Модельная программа для исследования факторов производительности
На Web-сайте книги находится проект TimedMutualExclusion, который вы можете использовать для проведения собственных экспериментов с различными моделями "хозяин/рабочий" и характеристиками прикладных приложений. Ниже приводится перечень возможностей этой программы, которыми можно управлять из командной строки.
• Использование объектов CS или мьютексов.
• Глубина, или рекурсивность, счетчиков.
• Время удержания блокировки, или задержка (delay), которое моделирует объем работы, выполненной в пределах критического участка кода.
• Количество рабочих потоков, ограниченное системными ресурсами.
• Количество точек "засыпания" (sleep points), в которых рабочий поток уступает процессор, используя вызов Sleep(0), но продолжает владеть блокировкой. Точки "засыпания" моделируют ожидание рабочим потоком операций ввода/вывода или событий, тогда как задержка моделирует активность ЦП.
• Количество активных потоков, о чем говорится в разделе, посвященном дросселированию семафоров.
Регулируя параметры задержек и точек "засыпания", можно оказывать заметное воздействие на производительность, поскольку от этих параметров зависит доля времени, в течение которого поток владеет блокировкой, не давая выполняться другим потокам.
В листинг программы включены детальные комментарии, объясняющие порядок запуска программы и настройки параметров. В упражнении 9.1 вам предлагается провести самостоятельные эксперименты с использованием как можно большего количества различных систем, к которым у вас имеется доступ. Видоизмененный вариант этой программы под названием MutualExclusionSC поддерживает спин-счетчики, о которых говорится в следующем разделе.
Примечание
Программа TimedMutualExclusion представляет простую модель, способную отражать многие из особенностей рабочих потоков. Во многих случаях ее можно настроить так, чтобы она представляла реальное приложение, и если эта модель позволяет выявить определенные проблемы, связанные с ухудшением производительности, то не исключено, что с аналогичными трудностями вы столкнетесь и в случае реального приложения. С другой стороны, хорошие эксплуатационные показатели модели вовсе не обязательно означают, что такими же качествами будет обладать и реальное приложение, хотя хорошая исходная модель и способна упростить настройку его производительности.
Настройка производительности SMP-систем с помощью спин-счетчиков
Эффективность методики блокирования (вхождение в раздел) и разблокирования (выход из раздела) объекта CRITICAL_SECTION объясняется тем, что тестирование объекта CS выполняется в пользовательском пространстве без использования системных вызовов ядра, как это требуется в случае мьютексов. Снятие блокировки раздела также выполняется полностью в пространстве пользователя, в отличие от функции ReleaseMutex, которая требует использования системного вызова. Объекты CS работают следующим образом:
• Поток, выполняющий функцию EnterCriticalSection (ECS), непрерывно тестирует бит блокировки объекта CS. Если обнаруживается, что бит выключен (объект разблокирован), ECS автоматически устанавливает его, выполняя эту операцию как часть инструкций тестирования, и продолжает дальнейшее выполнение уже без какого-либо ожидания. Поэтому блокирование разблокированного объекта CS осуществляется чрезвычайно эффективным образом и требует, как правило, всего лишь одной или двух машинных команд. Идентификационные данные владеющего потока, а также рекурсивный счетчик поддерживаются структурой данных объекта CS.
• Если обнаруживается, что объект CS блокирован, ECS входит в жесткий цикл (tight loop) на SMP-системах и выполняет многократное тестирование бита блокировки, не уступая процессора (разумеется, поток может быть вытеснен). Количество повторений цикла, после выполнения которых ECS прекращает дальнейшее тестирование, определяется значением спин-счетчика CS. В однопроцессорных системах тестирование прекращается немедленно; спин-счетчики используются лишь в случае SMP-систем.
• Как только ECS прекращает тестирование бита блокировки (в случае однопроцессорных систем это происходит немедленно), она входит в ядро, и поток переводится в состояние ожидания. Следовательно, блокирование объектов CS оказывается эффективным лишь в условиях низкой состязательности между потоками или когда спин-счетчик предоставляет другому процессору время для разблокирования CS.
• Функция LeaveCriticalSectibn реализуется путем выключения бита блокировки после проверки того, что вызывающий поток действительно является владельцем CS. Кроме того, ядро должно быть также уведомлено о том, существуют ли еще другие ожидающие потоки, для чего используется функции ReleaseSemaphore.
Таким образом, в случае однопроцессорных систем объекты CS эффективны тогда, когда высока вероятность их разблокирования, что иллюстрирует вариант CS программы 9.1. Преимущества SMP-систем обусловлены тем фактом, что пока ожидающий поток выполняет цикл ожидания, управляемый спин-счетчиком, объект CS может оказаться разблокированным потоком, выполняющимся на другом процессоре.