Системное программирование в среде Windows

VOID SetCriticalSectionSpinCount(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection, DWORD dwCount) 

В документации Microsoft говорится о том, что рекомендуемым для управления кучей значением спин-счетчика является 4000. Однако оптимальное значение зависит от свойств приложения, и поэтому спин-счетчики должны настраиваться индивидуально для каждого приложения, выполняющегося в реалистическом SMP-окружении. Наилучшее значение будет различным в зависимости от количества процессоров, характера приложения и тому подобного.

На Web-сайте книги находится программа TimedMutualExclusionSC. Эта программа представляет собой видоизмененный вариант уже знакомой вам программы TimedMutualExclusion, в котором значение спин-счетчика указания в качестве параметра командной строки. Вы можете запустить эту программу на своей машине для приблизительной оценки того, какое значение спин-счетчика будет наиболее приемлемым для выполнения того или иного из вариантов тестовых программ на доступных вам SMP-системах, что и предлагается сделать в упражнении 9.2. 

Дросселирование семафора для уменьшения состязательности между потоками

Слишком большое количество потоков, соревнующихся между собой за право владения единственным ресурсом, например, мьютексом или объектом CS, могут стать причиной снижения производительности как в однопроцессорных, так и в многопроцессорных системах. В большинстве случаев негативное влияние некоторых факторов на производительность может быть сведено к минимуму за счет использования спин-счетчиков, тщательного выбора типа объектов синхронизации или перестройки структуры программы с целью увеличения степени детализации блокировок и длительности периодов блокирования.

Если ни один из этих методов не дает желаемого улучшения, то могло бы показаться, что нет иного выхода, кроме как уменьшить количество потоков, но при этом вы будете вынуждены заставлять одиночные потоки мультиплексировать те операции, которые естественнее было бы распределить между несколькими потоками. Выход из этой ситуации обеспечивают семафоры, которые дают возможность сохранить естественную многопоточную модель, но вместе с тем свести к минимуму количество активных потоков, конкурирующих между собой. Такое решение является концептуально простым, и его можно без труда включить в любую существующую прикладную программу, например TimedMutualExclusion. В системе "хозяин/рабочий" решение, носящее название "дросселя" семафора (semaphore throttle), использует следующую методику:

• Главный поток создает семафор с небольшим, например 4, максимальным значением параметра, представляющего максимально допустимое количество активных потоков, которое, например, можно принимать равным количеству процессоров, установленных в системе, для обеспечения приемлемой производительности. Начальное значение счетчика семафора также следует установить равным максимальному значению. Это число можно сделать параметром и подбирать его оптимальное значение экспериментальным путем так же, как и в случае спин-счетчиков. Другим возможным значением этого параметра может служить количество процессоров, которое может быть определено во время выполнения программы (см. следующий раздел).

• Каждый рабочий поток ожидает перехода семафора в сигнальное состояние, прежде чем войти в критический участок кода. Ожидание семафора может непосредственно предшествовать ожиданию мьютекса или объекта CS.

• Если максимальное значение счетчика семафора равно 1, то использование мьютекса становится излишним. Подобное решение нередко является наилучшим для SMP-систем. 

• Общий уровень состязательности между объектами CS или мьютексами снижается, если при сериализации выполнения потоков лишь небольшое количество потоков ожидают перехода мьютексов или объектов CS в сигнальное состояние.

Счетчик семафора просто представляет число потоков, которые могут быть активными в любой момент времени, и ограничивает количество потоков, соревнующихся между собой за право владения мьютексом, объектом CS или иным ресурсом. Главный поток даже может регулировать, или, как говорят, "дросселировать" (throttle) выполнение рабочих потоков и динамически настраивать работу приложения, ожидая, пока не уменьшится значение счетчика, если он решает, что уровень состязательности слишком высок, или увеличивая значение счетчика с помощью функции ReleaseSemaphore, чтобы дать возможность выполняться большему количеству потоков. Заметьте, однако, что максимальное значение счетчика семафора устанавливается при его создании, и изменить его впоследствии невозможно.

В приведенном ниже фрагменте кода представлен видоизмененный рабочий цикл, выполняющий две операции с семафором.

while (TRUE) { // Рабочий цикл

 WaitForSingleObject(hThrottleSem, INFINITE);