7
Tôi có một ứng dụng mà tôi phải tăng một số thống kê quầy trong một phương pháp đa luồng. Việc gia tăng phải an toàn cho luồng, vì vậy tôi đã quyết định sử dụng hàm dựng sẵn nguyên tử gcc __sync_add_and_fetch(). Chỉ để có được một ý tưởng về tác động của chúng, tôi đã thực hiện một số thử nghiệm hiệu năng đơn giản và nhận thấy rằng các hàm này chậm hơn nhiều so với việc tăng/giảm trước đơn giản.Việc xây dựng nguyên tử gcc có chậm đến mức bình thường không?
Đây là chương trình thử nghiệm mà tôi tạo ra:
#include <iostream>
#include <pthread.h>
#include <time.h>
using namespace std;
uint64_t diffTimes(struct timespec &start, struct timespec &end)
{
if(start.tv_sec == end.tv_sec)
{
return end.tv_nsec - start.tv_nsec;
}
else if(start.tv_sec < end.tv_sec)
{
uint64_t nsecs = (end.tv_sec - start.tv_sec) * 1000000000;
return nsecs + end.tv_nsec - start.tv_nsec;
}
else
{
// this is actually an error
return 0;
}
}
void outputResult(const char *msg, struct timespec &start, struct timespec &end, uint32_t numIterations, uint64_t val)
{
uint64_t diff = diffTimes(start, end);
cout << msg << ": "
<< "\n\t iterations: " << numIterations
<< ", result: " << val
<< "\n\t times [start, end] = [" << start.tv_sec << ", " << start.tv_nsec << "]"
<< "\n\t [" << end.tv_sec << ", " << end.tv_nsec << "]"
<< "\n\t [total, avg] = [" << diff
<< ", " << (diff/numIterations) << "] nano seconds"
<< endl;
}
int main(int argc, char **argv)
{
struct timespec start, end;
uint64_t val = 0;
uint32_t numIterations = 1000000;
//
// NON ATOMIC pre increment
//
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start);
for(uint32_t i = 0; i < numIterations; ++i)
{
++val;
}
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);
outputResult("Non-Atomic pre-increment", start, end, numIterations, val);
val = 0;
//
// NON ATOMIC post increment
//
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start);
for(uint32_t i = 0; i < numIterations; ++i)
{
val++;
}
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);
outputResult("Non-Atomic post-increment", start, end, numIterations, val);
val = 0;
//
// ATOMIC add and fetch
//
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start);
for(uint32_t i = 0; i < numIterations; ++i)
{
__sync_add_and_fetch(&val, 1);
}
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);
outputResult("Atomic add and fetch", start, end, numIterations, val);
val = 0;
//
// ATOMIC fetch and add
//
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start);
for(uint32_t i = 0; i < numIterations; ++i)
{
__sync_fetch_and_add(&val, 1);
}
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);
outputResult("Atomic fetch and add", start, end, numIterations, val);
val = 0;
//
// Mutex protected post-increment
//
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start);
for(uint32_t i = 0; i < numIterations; ++i)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
val++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);
outputResult("Mutex post-increment", start, end, numIterations, val);
val = 0;
//
// RWlock protected post-increment
//
pthread_rwlock_t rwlock;
pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start);
for(uint32_t i = 0; i < numIterations; ++i)
{
pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
val++;
pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
}
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);
outputResult("RWlock post-increment", start, end, numIterations, val);
val = 0;
return 0;
}
Và đây là kết quả:
# ./atomicVsNonAtomic
Non-Atomic pre-increment:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 1585375]
[0, 1586185]
[total, avg] = [810, 0] nano seconds
Non-Atomic post-increment:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 1667489]
[0, 1667920]
[total, avg] = [431, 0] nano seconds
Atomic add and fetch:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 1682037]
[0, 16595016]
[total, avg] = [14912979, 14] nano seconds
Atomic fetch and add:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 16617178]
[0, 31499571]
[total, avg] = [14882393, 14] nano seconds
Mutex post-increment:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 31526810]
[0, 68515763]
[total, avg] = [36988953, 36] nano seconds
RWlock post-increment:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 68547649]
[0, 110877351]
[total, avg] = [42329702, 42] nano seconds
Dưới đây là tổng hợp gcc:
g++ -o atomicVsNonAtomic.o -c -march=i686 -O2 -I. atomicVsNonAtomic.cc
g++ -o atomicVsNonAtomic atomicVsNonAtomic.o -lrt -lpthread
Và thông tin liên quan và phiên bản:
# gcc --version
gcc (GCC) 4.3.2
Copyright (C) 2008 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
# uname -a
Linux gtcba2v1 2.6.32.12-0.7-default #1 SMP 2010-05-20 11:14:20 +0200 i686 i686 i386 GNU/Linux
Và bây giờ cho câu hỏi thực tế :) Có bình thường là các hoạt động nguyên tử chậm hơn rất nhiều?
Sự khác biệt cho một triệu lần lặp là:
- đơn giản sau increment: 431 nano giây
- nguyên tử lấy và thêm hoạt động: 14.882.393 nano giây
Tất nhiên tôi hiểu rằng một hoạt động nguyên tử nên tốn kém hơn, nhưng điều này có vẻ phóng đại. Chỉ cần cho đầy đủ, tôi cũng đã kiểm tra một mutex pthread và rwlock. Ít nhất các hoạt động nguyên tử nhanh hơn sau đó các hoạt động pthread, nhưng Im vẫn tự hỏi nếu tôi đã làm điều gì đó sai. Tôi không thể làm cho nó liên kết mà không chỉ định tùy chọn -march=i686, có thể điều này có tác động không?
UPDATE:
Tôi đã diễn ra tối ưu hóa -O2 biên dịch và đã có thể có được kết quả chặt chẽ hơn như sau:
# ./atomicVsNonAtomic
Non-Atomic pre-increment:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 1647303]
[0, 4171164]
[total, avg] = [2523861, 2] nano seconds
Non-Atomic post-increment:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 4310230]
[0, 7262704]
[total, avg] = [2952474, 2] nano seconds
Atomic add and fetch:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 7285996]
[0, 25919067]
[total, avg] = [18633071, 18] nano seconds
Atomic fetch and add:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 25941677]
[0, 44544234]
[total, avg] = [18602557, 18] nano seconds
Mutex post-increment:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 44573933]
[0, 82318615]
[total, avg] = [37744682, 37] nano seconds
RWlock post-increment:
iterations: 1000000, result: 1000000
times [start, end] = [0, 82344866]
[0, 125124498]
[total, avg] = [42779632, 42] nano seconds
Dường như tối ưu hóa, ống lót hoặc bộ nhớ cache có liên quan. Thử thả tùy chọn tối ưu hóa trên g ++ – WiSaGaN
Các hoạt động nguyên tử liên quan nhiều đến bộ đệm (chúng bằng cách nào đó bỏ qua bộ nhớ đệm). Hãy nhớ rằng truy cập bộ nhớ cache nhanh hơn hàng trăm lần truy cập vào bộ nhớ RAM của bạn. –