Настройка производительности SMP-систем с помощью спин-счетчиков

Эффективность методики блокирования (вхождение в раздел) и разблокирования (выход из раздела) объекта CRITICAL_SECTION объясняется тем, что тестирование объекта CS выполняется в пользовательском пространстве без использования системных вызовов ядра, как это требуется в случае мьютексов. Снятие блокировки раздела также выполняется полностью в пространстве пользователя, в отличие от функции ReleaseMutex, которая требует использования системного вызова. Объекты CS работают следующим образом:

• Поток, выполняющий функцию EnterCriticalSection (ECS), непрерывно тестирует бит блокировки объекта CS. Если обнаруживается, что бит выключен (объект разблокирован), ECS автоматически устанавливает его, выполняя эту операцию как часть инструкций тестирования, и продолжает дальнейшее выполнение уже без какого-либо ожидания. Поэтому блокирование разблокированного объекта CS осуществляется чрезвычайно эффективным образом и требует, как правило, всего лишь одной или двух машинных команд. Идентификационные данные владеющего потока, а также рекурсивный счетчик поддерживаются структурой данных объекта CS.

• Если обнаруживается, что объект CS блокирован, ECS входит в жесткий цикл (tight loop) на SMP-системах и выполняет многократное тестирование бита блокировки, не уступая процессора (разумеется, поток может быть вытеснен). Количество повторений цикла, после выполнения которых ECS прекращает дальнейшее тестирование, определяется значением спин-счетчика CS. В однопроцессорных системах тестирование прекращается немедленно; спин-счетчики используются лишь в случае SMP-систем.

• Как только ECS прекращает тестирование бита блокировки (в случае однопроцессорных систем это происходит немедленно), она входит в ядро, и поток переводится в состояние ожидания. Следовательно, блокирование объектов CS оказывается эффективным лишь в условиях низкой состязательности между потоками или когда спин-счетчик предоставляет другому процессору время для разблокирования CS.

• Функция LeaveCriticalSectibn реализуется путем выключения бита блокировки после проверки того, что вызывающий поток действительно является владельцем CS. Кроме того, ядро должно быть также уведомлено о том, существуют ли еще другие ожидающие потоки, для чего используется функции ReleaseSemaphore.

Таким образом, в случае однопроцессорных систем объекты CS эффективны тогда, когда высока вероятность их разблокирования, что иллюстрирует вариант CS программы 9.1. Преимущества SMP-систем обусловлены тем фактом, что пока ожидающий поток выполняет цикл ожидания, управляемый спин-счетчиком, объект CS может оказаться разблокированным потоком, выполняющимся на другом процессоре.

Далее будет показано, как устанавливать значения спин-счетчиков и настраивать приложения путем выбора наиболее оптимальных значений. Еще раз подчеркнем, что спин-счетчики оказываются полезными лишь в случае SMP-систем; на однопроцессорных системах они не используются.