c11中线程的性能

Question

我对最新gcc中基于pthread和Ubuntu开发环境的线程的互斥锁和消息传递的性能感兴趣。一个很好的通用问题是用餐哲学家，每个哲学家使用lh和rh叉子与左右手邻居共享。我把哲学家的数量增加到99个，让我的四核处理器保持忙碌。

    int result = try_lock(forks[lhf], forks[rhf]);

上面的代码允许我的哲学家尝试抓住他们需要的两个叉子。

    // if the forks are locked then start eating
    if (result == -1)
    {
        state[j] = philosophers::State::Eating;
        eating[j]++;
        if (longestWait < waiting[j])
        {
            longestWait = waiting[j];
        }
        waiting[j] = 0;
    } else {
        state[j] = philosophers::State::Thinking;
        thinking[j]++;
        waiting[j]++;
    }

上面的代码监控我的哲学家的进食或思考进度，这取决于他们是否能够保留这两个叉子。

    {
        testEnd te(eating[j]+thinking[j]-1);
        unique_lock<mutex> lk(cycleDone);
        endCycle.wait(lk, te);
    }

在所有哲学家尝试自由选择后，等待所有哲学家完成上述选择：

    if ( philosophers::State::Eating == state[j] )
    {
        state[j] = philosophers::State::Thinking;
        forks[lhf].unlock();
        forks[rhf].unlock();
    }

我有一条主线监控哲学家们，让他们从一个周期移动到下一个周期，让他们在10秒钟内尽可能多地吃东西和思考。结果是大约9540个周期，一些哲学家挨饿，另一些人有充足的食物和大量的思考时间！因此，我需要保护我的哲学家免受饥饿和等待太久的伤害，因此我增加了更多的逻辑，通过要求饮食哲学家在一个很小的Rest后释放和思考，而不是喋喋不休地用同样的叉子：

    // protect the philosopher against starvation
    if (State::Thinking == previous)
    {
        result = try_lock(forks[lhf], forks[rhf]);
    }

现在我有9598个周期，每个哲学家都得到了相对平等的饮食（2620-2681）和思考，最长的等待时间为14。不错。但我并不满意，所以现在我去掉了所有的互斥和锁，让它保持简单，偶数哲学家在偶数周期中进食，而奇数哲学家在奇数周期中进食。我使用了一种简单的同步哲学家的方法

while (counter < counters[j])
{
    this_thread::yield();
}

防止哲学家使用全球循环计数器吃东西或思考太多次。同一时期，哲学家们管理着大约73543个循环，36400个进食循环，等待循环不超过3个。因此，我的无锁简单算法既更快，又在各种线程之间有更好的处理分布。

有人能想到更好的方法来解决这个问题吗？我担心当我实现一个多线程的复杂系统时，如果我遵循传统的互斥锁和消息传递技术，我最终会在系统中的各个线程上得到比必要的更慢和可能的不平衡处理。

Answer 1

这是探索c中线程问题的有趣方法。

为了解决具体问题：

我担心，当我实现一个具有多线程的复杂系统时，如果我遵循传统的互斥和消息传递技术，我的系统中的各个线程的处理速度会比必要的慢，并且可能会不平衡。

不幸的是，我能给你的最好答案是，这是一种有充分理由的恐惧。然而，调度和同步的成本对于应用程序来说是非常特殊的——这在设计大型系统时成为一个工程决策。首先，调度是NP难的(http://en.wikipedia.org/wiki/Multiprocessor_scheduling)但是有很好的近似值。

就你的例子而言，我认为根据你给出的结果很难得出一般性结论——有一个主要的要点：粗粒度同步和细粒度同步之间的权衡。这是一个研究得很好的问题，一些研究可能会有所帮助（例如http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=744377

总的来说，这涉及到一个工程问题，它将是特定于您想要解决的问题的，操作系统和硬件。