Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

• Используйте различные мьютексы для различных ресурсов, чтобы уменьшить степень детализации блокировок настолько, насколько это возможно. В частности, старайтесь не использовать глобальные блокировки.

• Условия высокой состязательности между блокировками затрудняют достижение высокой производительности. Чем выше частота блокирования и разблокирования потоков, тем заметнее снижается производительность. Ухудшение производительности с увеличением количества потоков может быть очень резким, заметно отклоняясь от простой линейной зависимости.

• Объекты CS предоставляют эффективный упрощенный механизм блокирования при небольшом количестве конкурирующих потоков, но в некоторых случаях мьютексы обеспечивают лучшую производительность. При использовании объектов CS в критических по отношению к производительности SMP-приложениях возможно настройка производительности с помощью спин-счетчиков.

• Семафоры могут помочь уменьшить количество конкурирующих активных потоков, не вынуждая вас менять программную модель.

• Переход на SMP-систему может приводить к неожиданному ухудшению производительности в тех случаях, когда производительность, казалось бы, могла только улучшиться. Сохранить приемлемую производительность в подобных ситуациях позволяют методики, уменьшающие состязательность между потоками и использующие маски родства потоков.

• Заметное влияние на производительность оказывает также выбор модели — сигнальной или широковещательной, о чем более подробно говорится в главе 10.

• Используйте доступные стандартные программы протоколирования, позволяющие оценивать время выполнения различных функций и анализировать факторы, влияющие на производительность, что поможет вам лучше представить себе поведение потоков в вашей программе и определить участки кода, выполнение которых занимает наибольшее время.

Применение синхронизации может отрицательно воздействовать на производительность как в однопроцессорных, так и в SMP-системах, причем степень такого влияния иногда может становиться весьма существенной. Добиться хорошей производительности в подобных ситуациях можно путем тщательного проектирования программы и правильного выбора типов объектов синхронизации. В этой главе рассмотрен целый ряд полезных методик и даны рекомендации, которые помогут вам поддерживать производительность своих программ на высоком уровне, а также изучен характер возникающих при этом проблем, которые были проиллюстрированы на примере простой тестовой программы, отражающей наиболее существенные характеристики многих реальных ситуаций.

В главе 10 рассматриваются более общие способы использования объектов синхронизации Windows и обсуждаются некоторые модели программирования, помогающие обеспечивать корректность программ и удобство их сопровождения, а также повышать их производительность. Также в главе 10 создаются несколько сложных объектов синхронизации, которые оказываются полезными при разрешении ряда важных проблем. В последующих главах демонстрируются различные способы использования потоков и объектов синхронизации, находящие применение в таких, например, приложениях, как серверы. Наряду с этим внимание уделено и некоторым фундаментальным аспектам использования потоков. Например, в главе 12 обсуждаются такие темы, как безопасный многопоточный режим и повторное использование библиотек DLL.

Литературные источники, относящиеся также к данной главе, перечислены в главе 10.

9.1. Поэкспериментируйте с программой statsMX, используя для этого собственную систему, а также как можно большее количество других доступных вам систем, отличающихся друг от друга не только аппаратным обеспечением, но и версиями Windows. Аналогичны ли полученные вами результаты тем, о которых сообщалось в настоящей главе? Что наблюдается в случае SMP-систем?

9.2. Используйте функцию TimedMutualExclusionSC для экспериментальной проверки того, что путем изменения значений спин-счетчиков объектов CRITICAL_SECTION действительно можно улучшить производительность SMP-систем в случае большого количества потоков. Результаты могут меняться от системы к системе, однако практические эксперименты показали, что значения счетчиков, лежащие в интервале от 2000 до 10000, являются оптимальными.

9.3. Используя функцию TimedMutualExclusion, которая находится на Web-сайте книги, проведите эксперименты путем варьирования длительности периодов задержки и количества точек "засыпания" потоков.

9.4. Для ограничения количества выполняющихся потоков в функции TimedMutualExclusion наряду с другими средствами используется дросселирование семафоров. Поэкспериментируйте со значениями счетчиков как на однопроцессорных, так и на SMP-системах. Воспроизводят ли полученные вами результаты те, о которых сообщалось ранее в настоящей главе?

9.5. Воспользуйтесь методикой дросселирования семафоров в программе statsMX (statsCS.c, statsMX.с).

9.6. Упражнение повышенной сложности. Все ли из четырех разновидностей программы работают корректно, если не обращать внимания на производительность, на SMP-системах? Исследуйте результаты, получаемые при большом количестве потоков. Запустите программы на SMP-системах, работающих под управлением Windows 2000 или Windows Server 2003. Проявляются ли при этом проблемы "разрыва слов" ("word tearing") и "конфликтов строки кэша" ("cache line conflict"), описанных ранее в настоящей главе, а также в [6]? Для воспроизведения указанных проблем вам может потребоваться использование 16-битовых (тип данных short integer) счетчиков.

9.7. Используйте родство процессора в качестве средства улучшения производительности, внеся необходимые изменения в программы, о которых шла речь в настоящей главе.

9.8. Постарайтесь определить, оказывает ли использование гиперпотоков влияние на производительность приложений. Средства гиперпоточной обработки обеспечиваются, например, процессором Intel Xeon.

В предыдущей главе были описаны проблемы производительности, возникающие в Windows, и способы их преодоления в реалистичных ситуациях. В главе 8 обсуждался ряд простых задач, требующих привлечения объектов синхронизации. В настоящей главе на основании идей, изложенные в главах 8 и 9, решаются задачи, которые также встречаются в реальной практике, но отличаются большей сложностью.

Первое, что нам предстоит сделать — это объединить два или более объекта синхронизации вместе с данными для создания сложного объекта синхронизации. Наиболее полезной комбинацией такого рода является модель переменных условий (condition variable model), включающая мьютекс и одно или несколько событий. Указанная модель играет весьма существенную роль в самых различных практических ситуациях, поскольку многие серьезные программные дефекты, обусловленные влиянием состязательности, проявляются именно тогда, когда объекты синхронизации Windows, особенно события, используются программистами неправильно. События имеют сложную природу и ведут себя по-разному в зависимости от того, какой именно из описанных в табл. 8.1 вариантов используется, и поэтому следует придерживаться определенных правил, устанавливаемых хорошо изученными моделями.