Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
Parmap: add a value XBT_PARMAP_DEFAULT that decides the synchro mode for you
[simgrid.git] / src / xbt / parmap.c
index b6de91b..9f2f35b 100644 (file)
 
 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
+#include "gras_config.h"
 #include <unistd.h>
+
+#ifndef _XBT_WIN32
 #include <sys/syscall.h>
+#endif
+
+#ifdef HAVE_FUTEX_H
 #include <linux/futex.h>
-#include <errno.h>
-#include "parmap_private.h"
+#endif
+
+#include "xbt/parmap.h"
+#include "xbt/log.h"
+#include "xbt/function_types.h"
+#include "xbt/dynar.h"
+#include "xbt/xbt_os_thread.h"
+#include "xbt/sysdep.h"
 
 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(xbt_parmap, xbt, "parmap: parallel map");
 XBT_LOG_NEW_SUBCATEGORY(xbt_parmap_unit, xbt_parmap, "parmap unit testing");
 
-static void *_xbt_parmap_worker_main(void *parmap);
+typedef enum {
+  XBT_PARMAP_WORK = 0,
+  XBT_PARMAP_DESTROY
+} e_xbt_parmap_flag_t;
+
+static void xbt_parmap_set_mode(xbt_parmap_t parmap, e_xbt_parmap_mode_t mode);
+static void *xbt_parmap_worker_main(void *parmap);
+
+static void xbt_parmap_posix_start(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_posix_end(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_posix_signal(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_posix_wait(xbt_parmap_t parmap);
 
+#ifdef HAVE_FUTEX_H
+static void xbt_parmap_futex_start(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_futex_end(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_futex_signal(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_futex_wait(xbt_parmap_t parmap);
 static void futex_wait(int *uaddr, int val);
 static void futex_wake(int *uaddr, int val);
-
-xbt_parmap_t xbt_parmap_new(unsigned int num_workers)
+#endif
+
+static void xbt_parmap_busy_start(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_busy_end(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_busy_signal(xbt_parmap_t parmap);
+static void xbt_parmap_busy_wait(xbt_parmap_t parmap);
+
+
+/**
+ * \brief Parallel map structure
+ */
+typedef struct s_xbt_parmap {
+  e_xbt_parmap_flag_t status;      /**< is the parmap active or being destroyed? */
+  int work;                        /**< index of the current round (1 is the first) */
+  int done;                        /**< number of rounds already done (futexes only) */
+  unsigned int thread_counter;     /**< number of threads currently working */
+  unsigned int num_workers;        /**< total number of worker threads including the controller */
+  void_f_pvoid_t fun;              /**< function to run in parallel on each element of data */
+  xbt_dynar_t data;                /**< parameters to pass to fun in parallel */
+  unsigned int index;              /**< index of the next element of data to pick */
+
+  /* fields that depend on the synchronization mode */
+  e_xbt_parmap_mode_t mode;        /**< synchronization mode */
+  void (*start_f)(xbt_parmap_t);   /**< initializes the worker threads */
+  void (*end_f)(xbt_parmap_t);     /**< finalizes the worker threads */
+  void (*signal_f)(xbt_parmap_t);  /**< wakes the workers threads to process tasks */
+  void (*wait_f)(xbt_parmap_t);    /**< waits for more work */
+} s_xbt_parmap_t;
+
+/**
+ * \brief Creates a parallel map object
+ * \param num_workers number of worker threads to create
+ * \param mode how to synchronize the worker threads
+ * \return the parmap created
+ */
+xbt_parmap_t xbt_parmap_new(unsigned int num_workers, e_xbt_parmap_mode_t mode)
 {
   unsigned int i;
   xbt_os_thread_t worker = NULL;
 
-  DEBUG1("Create new parmap (%u workers)", num_workers);
+  XBT_DEBUG("Create new parmap (%u workers)", num_workers);
 
   /* Initialize the thread pool data structure */
   xbt_parmap_t parmap = xbt_new0(s_xbt_parmap_t, 1);
-  parmap->num_workers = num_workers;
-  parmap->status = PARMAP_WORK;
 
-  parmap->workers_ready = xbt_new0(s_xbt_barrier_t, 1);
-  xbt_barrier_init(parmap->workers_ready, num_workers + 1);
-  parmap->workers_done = xbt_new0(s_xbt_barrier_t, 1);
-  xbt_barrier_init(parmap->workers_done, num_workers + 1);
+  parmap->num_workers = num_workers;
+  parmap->status = XBT_PARMAP_WORK;
+  xbt_parmap_set_mode(parmap, mode);
 
   /* Create the pool of worker threads */
-  for(i=0; i < num_workers; i++){
-    worker = xbt_os_thread_create(NULL, _xbt_parmap_worker_main, parmap, NULL);
+  for (i = 0; i < num_workers - 1; i++) {
+    worker = xbt_os_thread_create(NULL, xbt_parmap_worker_main, parmap, NULL);
     xbt_os_thread_detach(worker);
   }
-  
+  parmap->start_f(parmap);
   return parmap;
 }
 
+/**
+ * \brief Destroys a parmap
+ * \param parmap the parmap to destroy
+ */
 void xbt_parmap_destroy(xbt_parmap_t parmap)
-{ 
-  DEBUG1("Destroy parmap %p", parmap);
-
-  parmap->status = PARMAP_DESTROY;
-
-  xbt_barrier_wait(parmap->workers_ready);
-  DEBUG0("Kill job sent");
-  xbt_barrier_wait(parmap->workers_done);
-
-  xbt_free(parmap->workers_ready);
-  xbt_free(parmap->workers_done);
+{
+  parmap->status = XBT_PARMAP_DESTROY;
+  parmap->signal_f(parmap);
   xbt_free(parmap);
 }
 
- void xbt_parmap_apply(xbt_parmap_t parmap, void_f_pvoid_t fun, xbt_dynar_t data)
+/**
+ * \brief Sets the synchronization mode of a parmap.
+ * \param parmap a parallel map object
+ * \param mode the synchronization mode
+ */
+static void xbt_parmap_set_mode(xbt_parmap_t parmap, e_xbt_parmap_mode_t mode)
 {
-  /* Assign resources to worker threads*/
+  if (mode == XBT_PARMAP_DEFAULT) {
+#ifdef HAVE_FUTEX_H
+    mode = XBT_PARMAP_FUTEX;
+#else
+    mode = XBT_PARMAP_POSIX;
+#endif
+  }
+  parmap->mode = mode;
+
+  switch (mode) {
+
+    case XBT_PARMAP_POSIX:
+      parmap->start_f = xbt_parmap_posix_start;
+      parmap->end_f = xbt_parmap_posix_end;
+      parmap->signal_f = xbt_parmap_posix_signal;
+      parmap->wait_f = xbt_parmap_posix_wait;
+      break;
+
+
+    case XBT_PARMAP_FUTEX:
+#ifdef HAVE_FUTEX_H
+      parmap->start_f = xbt_parmap_futex_start;
+      parmap->end_f = xbt_parmap_futex_end;
+      parmap->signal_f = xbt_parmap_futex_signal;
+      parmap->wait_f = xbt_parmap_futex_wait;
+      break;
+#else
+      xbt_die("Futex is not available on this OS (maybe you are on a Mac).");
+#endif
+
+    case XBT_PARMAP_BUSY_WAIT:
+      parmap->start_f = xbt_parmap_busy_start;
+      parmap->end_f = xbt_parmap_busy_end;
+      parmap->signal_f = xbt_parmap_busy_signal;
+      parmap->wait_f = xbt_parmap_busy_wait;
+      break;
+
+    case XBT_PARMAP_DEFAULT:
+      THROW_IMPOSSIBLE;
+      break;
+  }
+}
+
+/**
+ * \brief Applies a list of tasks in parallel.
+ * \param parmap a parallel map object
+ * \param fun the function to call in parallel
+ * \param data each element of this dynar will be passed as an argument to fun
+ */
+void xbt_parmap_apply(xbt_parmap_t parmap, void_f_pvoid_t fun, xbt_dynar_t data)
+{
+  /* Assign resources to worker threads */
   parmap->fun = fun;
   parmap->data = data;
+  parmap->index = 0;
+  parmap->signal_f(parmap);
+  XBT_DEBUG("Job done");
+}
 
-  /* Notify workers that there is a job */
-  xbt_barrier_wait(parmap->workers_ready);
-  DEBUG0("Job dispatched, lets wait...");
-  xbt_barrier_wait(parmap->workers_done);
-
-  DEBUG0("Job done");
-  parmap->fun = NULL;
-  parmap->data = NULL;
+/**
+ * \brief Returns a next task to process.
+ *
+ * Worker threads call this function to get more work.
+ *
+ * \return the next task to process, or NULL if there is no more work
+ */
+void* xbt_parmap_next(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  unsigned int index = __sync_fetch_and_add(&parmap->index, 1);
+  if (index < xbt_dynar_length(parmap->data)) {
+    return xbt_dynar_get_as(parmap->data, index, void*);
+  }
+  return NULL;
 }
 
-static void *_xbt_parmap_worker_main(void *arg)
+/**
+ * \brief Main function of a worker thread.
+ * \param arg the parmap
+ */
+static void *xbt_parmap_worker_main(void *arg)
 {
-  unsigned int data_start, data_end, data_size, worker_id;
-  xbt_parmap_t parmap = (xbt_parmap_t)arg;
+  xbt_parmap_t parmap = (xbt_parmap_t) arg;
 
-  /* Fetch a worker id */
-  worker_id = __sync_fetch_and_add(&parmap->workers_max_id, 1);
+  XBT_DEBUG("New worker thread created");
 
-  DEBUG1("New worker thread created (%u)", worker_id);
-  
   /* Worker's main loop */
-  while(1){
-    xbt_barrier_wait(parmap->workers_ready);
-
-    if(parmap->status == PARMAP_WORK){
-      DEBUG1("Worker %u got a job", worker_id);
-
-      /* Compute how much data does every worker gets */
-      data_size = (xbt_dynar_length(parmap->data) / parmap->num_workers)
-                  + ((xbt_dynar_length(parmap->data) % parmap->num_workers) ? 1 : 0);
+  while (1) {
+    parmap->wait_f(parmap);
+    if (parmap->status == XBT_PARMAP_WORK) {
 
-      /* Each worker data segment starts in a position associated with its id*/
-      data_start = data_size * worker_id;
+      XBT_DEBUG("Worker got a job");
 
-      /* The end of the worker data segment must be bounded by the end of the data vector */
-      data_end = MIN(data_start + data_size, xbt_dynar_length(parmap->data));
-
-      DEBUG4("Worker %u: data_start=%u data_end=%u (data_size=%u)",
-          worker_id, data_start, data_end, data_size);
-
-      /* While the worker don't pass the end of it data segment apply the function */
-      while(data_start < data_end){
-        parmap->fun(*(void **)xbt_dynar_get_ptr(parmap->data, data_start));
-        data_start++;
+      void* work = xbt_parmap_next(parmap);
+      while (work != NULL) {
+        parmap->fun(work);
+        work = xbt_parmap_next(parmap);
       }
 
-      xbt_barrier_wait(parmap->workers_done);
+      XBT_DEBUG("Worker has finished");
 
     /* We are destroying the parmap */
-    }else{
-      xbt_barrier_wait(parmap->workers_done);
-      DEBUG1("Shutting down worker %u", worker_id);
+    } else {
+      parmap->end_f(parmap);
+      XBT_DEBUG("Shutting down worker");
       return NULL;
     }
   }
 }
 
+#ifdef HAVE_FUTEX_H
 static void futex_wait(int *uaddr, int val)
 {
-  DEBUG1("Waiting on futex %d", *uaddr);
-  syscall(SYS_futex, uaddr, FUTEX_WAIT, val, NULL, NULL, 0);
+  XBT_VERB("Waiting on futex %p", uaddr);
+  syscall(SYS_futex, uaddr, FUTEX_WAIT_PRIVATE, val, NULL, NULL, 0);
 }
 
 static void futex_wake(int *uaddr, int val)
 {
-  DEBUG1("Waking futex %d", *uaddr);
-  syscall(SYS_futex, uaddr, FUTEX_WAKE, val, NULL, NULL, 0);
+  XBT_VERB("Waking futex %p", uaddr);
+  syscall(SYS_futex, uaddr, FUTEX_WAKE_PRIVATE, val, NULL, NULL, 0);
+}
+#endif
+
+static void xbt_parmap_posix_start(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  THROW_UNIMPLEMENTED;
+}
+
+static void xbt_parmap_posix_end(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  THROW_UNIMPLEMENTED;
+}
+
+static void xbt_parmap_posix_signal(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  THROW_UNIMPLEMENTED;
+}
+
+static void xbt_parmap_posix_wait(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  THROW_UNIMPLEMENTED;
+}
+
+#ifdef HAVE_FUTEX_H
+/**
+ * \brief Starts the parmap: waits for all workers to be ready and returns.
+ *
+ * This function is called by the controller thread.
+ *
+ * \param parmap a parmap
+ */
+static void xbt_parmap_futex_start(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  int myflag = parmap->done;
+  __sync_fetch_and_add(&parmap->thread_counter, 1);
+  if (parmap->thread_counter < parmap->num_workers) {
+    /* wait for all workers to be ready */
+    futex_wait(&parmap->done, myflag);
+  }
+}
+
+/**
+ * \brief Ends the parmap: wakes the controller thread when all workers terminate.
+ *
+ * This function is called by all worker threads when they end (not including
+ * the controller).
+ *
+ * \param parmap a parmap
+ */
+static void xbt_parmap_futex_end(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  unsigned int mycount;
+
+  mycount = __sync_add_and_fetch(&parmap->thread_counter, 1);
+  if (mycount == parmap->num_workers) {
+    /* all workers have finished, wake the controller */
+    parmap->done++;
+    futex_wake(&parmap->done, 1);
+  }
+}
+
+/**
+ * \brief Wakes all workers and waits for them to finish the tasks.
+ *
+ * This function is called by the controller thread.
+ *
+ * \param parmap a parmap
+ */
+static void xbt_parmap_futex_signal(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  int myflag = parmap->done;
+  parmap->thread_counter = 0;
+  parmap->work++;
+
+  /* wake all workers */
+  futex_wake(&parmap->work, parmap->num_workers);
+
+  if (parmap->status == XBT_PARMAP_WORK) {
+    /* also work myself */
+    void* work = xbt_parmap_next(parmap);
+    while (work != NULL) {
+      parmap->fun(work);
+      work = xbt_parmap_next(parmap);
+    }
+  }
+
+  unsigned int mycount = __sync_add_and_fetch(&parmap->thread_counter, 1);
+  if (mycount < parmap->num_workers) {
+    /* some workers have not finished yet */
+    futex_wait(&parmap->done, myflag);
+  }
+}
+
+/**
+ * \brief Waits for some work to process.
+ *
+ * This function is called by each worker thread (not including the controller)
+ * when it has no more work to do.
+ *
+ * \param parmap a parmap
+ */
+static void xbt_parmap_futex_wait(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  int myflag;
+  unsigned int mycount;
+
+  myflag = parmap->work;
+  mycount = __sync_add_and_fetch(&parmap->thread_counter, 1);
+  if (mycount == parmap->num_workers) {
+    /* all workers have finished, wake the controller */
+    parmap->done++;
+    futex_wake(&parmap->done, 1);
+  }
+
+  /* wait for more work */
+  futex_wait(&parmap->work, myflag);
+}
+#endif
+
+/**
+ * \brief Starts the parmap: waits for all workers to be ready and returns.
+ *
+ * This function is called by the controller thread.
+ *
+ * \param parmap a parmap
+ */
+static void xbt_parmap_busy_start(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  __sync_fetch_and_add(&parmap->thread_counter, 1);
+  while (parmap->thread_counter < parmap->num_workers) {
+    xbt_os_thread_yield();
+  }
+}
+
+/**
+ * \brief Ends the parmap: wakes the controller thread when all workers terminate.
+ *
+ * This function is called by all worker threads when they end.
+ *
+ * \param parmap a parmap
+ */
+static void xbt_parmap_busy_end(xbt_parmap_t parmap)
+{
+  __sync_add_and_fetch(&parmap->thread_counter, 1);
 }
 
-/* Futex based implementation of the barrier */
-void xbt_barrier_init(xbt_barrier_t barrier, unsigned int threads_to_wait)
+/**
+ * \brief Wakes all workers and waits for them to finish the tasks.
+ *
+ * This function is called by the controller thread.
+ *
+ * \param parmap a parmap
+ */
+static void xbt_parmap_busy_signal(xbt_parmap_t parmap)
 {
-  barrier->threads_to_wait = threads_to_wait;
-  barrier->thread_count = 0;
+  parmap->thread_counter = 0;
+  parmap->work++;
+
+  if (parmap->status == XBT_PARMAP_WORK) {
+    /* also work myself */
+    void* work = xbt_parmap_next(parmap);
+    while (work != NULL) {
+      parmap->fun(work);
+      work = xbt_parmap_next(parmap);
+    }
+  }
+
+  /* I have finished, wait for the others */
+  __sync_add_and_fetch(&parmap->thread_counter, 1);
+  while (parmap->thread_counter < parmap->num_workers) {
+    xbt_os_thread_yield();
+  }
 }
 
-void xbt_barrier_wait(xbt_barrier_t barrier)
+/**
+ * \brief Waits for some work to process.
+ *
+ * This function is called by each worker thread (not including the controller)
+ * when it has no more work to do.
+ *
+ * \param parmap a parmap
+ */
+static void xbt_parmap_busy_wait(xbt_parmap_t parmap)
 {
-  int myflag = 0;
-  unsigned int mycount = 0;
+  int work = parmap->work;
+  __sync_add_and_fetch(&parmap->thread_counter, 1);
 
-  myflag = barrier->futex;
-  mycount = __sync_add_and_fetch(&barrier->thread_count, 1);
-  if(mycount < barrier->threads_to_wait){
-    futex_wait(&barrier->futex, myflag);
-  }else{
-    barrier->futex = __sync_add_and_fetch(&barrier->futex, 1);
-    barrier->thread_count = 0;
-    futex_wake(&barrier->futex, barrier->threads_to_wait);
+  /* wait for more work */
+  while (parmap->work == work) {
+    xbt_os_thread_yield();
   }
 }
 
@@ -163,36 +440,39 @@ void xbt_barrier_wait(xbt_barrier_t barrier)
 XBT_TEST_SUITE("parmap", "Parallel Map");
 XBT_LOG_EXTERNAL_DEFAULT_CATEGORY(xbt_parmap_unit);
 
-
-
 xbt_parmap_t parmap;
 
 void fun(void *arg);
 
 void fun(void *arg)
 {
-  //INFO1("I'm job %lu", (unsigned long)arg);
+  //XBT_INFO("I'm job %lu", (unsigned long)arg);
 }
 
 XBT_TEST_UNIT("basic", test_parmap_basic, "Basic usage")
 {
-  xbt_test_add0("Create the parmap");
+  xbt_test_add("Create the parmap");
 
-  unsigned long i,j;
+  unsigned long i, j;
   xbt_dynar_t data = xbt_dynar_new(sizeof(void *), NULL);
 
   /* Create the parallel map */
-  parmap = xbt_parmap_new(10);
-
-  for(j=0; j < 100; j++){
+#ifdef HAVE_FUTEX_H
+  parmap = xbt_parmap_new(10, XBT_PARMAP_FUTEX);
+#else
+  parmap = xbt_parmap_new(10, XBT_PARMAP_BUSY_WAIT);
+#endif
+  for (j = 0; j < 100; j++) {
     xbt_dynar_push_as(data, void *, (void *)j);
   }
 
-  for(i=0; i < 5; i++)
+  for (i = 0; i < 5; i++) {
     xbt_parmap_apply(parmap, fun, data);
+  }
 
   /* Destroy the parmap */
   xbt_parmap_destroy(parmap);
+  xbt_dynar_free(&data);
 }
 
 #endif /* SIMGRID_TEST */