Hebras en acción

Cecilia Hernández

2007-1

Por qué usar hebras?

Explotar concurrencia Posible hacer varias tareas

concurrentemente• Varias hebras de ejecución en una

aplicación• Mientras tarea haciendo E/S otra usa CPU

Explotar parelismo Tareas ejecutándose en paralelo

Ejemplo simple con pthreads

// includes van aquí para pthread usar #include <pthread.h>#define NUM_HEBRAS 5void Hola(void *threadid){ printf("\n%d: Hola Hola!\n", threadid);}int main (int argc, char *argv[]){ pthread_t threads[NUM_HEBRAS]; int i, ret; for(i=0; i<NUM_HEBRAS; i++){ printf("creando hebra %d\n", i); ret = pthread_create(&threads[i], NULL,(void *)&Hola, (void *)i); if (ret){ printf("ERROR; pthread_create() retorna error %d\n", ret); exit(1); } } sleep(3); pthread_exit(NULL);}

Ejemplos

Sobreponiendo E/S Ejemplo simpleSecuencial.C Ejemplo simpleThread.C

Explotando paralelismo Ejemplo multiplicación de matrices

• www.inf.udec.cl/ejemplos/multMatrices.C• Nota implementación usa arreglos

unidimensionales para almacenar matrices• compilar como g++ -o xx xx.C -lpthread

Planificación de hebrasTambién válido para procesos

Planificador decide cuando ejecutar hebras/procesos listas

Aplicaciones no deberían asumir nada respecto al planificador Planificador es una caja negra

planificador

CPU

1 2 3 4 5

{4, 2, 3, 5, 1, 3, 4, 5, 2, …}

Qué problemas pueden surgir al usar hebras?

Aplicación hace algo incorrecto (Safety hazard) Ejemplo, problema de inconsistencia de datos Problema más común Condición de Carrera (Race

Condition)

Aplicación nunca hace lo correcto Bloqueo Mortal (Deadlocks)

Problema de desempeño Programa es muy lento porque usa demasiada

sincronización

Condición de Carrera

Salida de programa en ejecución varía y es dependiente de como las hebras involucradas fueron planificadas en la CPU Programadores deben velar por

correcto uso de recursos en sistema

Ejemplo 1

int suma = 0;void uno(int *p) { for (int i = 0; i < *p; i++) { suma++; }}int main(int argc, char *argv[]) { int r1, r2; if(argc != 3){ cout<<"Uso ./simple1 numero1 numero2"<<endl; exit(1); } r1 = atoi(argv[1]); r2 = atoi(argv[2]); uno(&r1); uno(&r2); cout<<"suma "<<suma<<endl;}

Caso secuencial Un proceso

Rutina uno es llamada dos veces secuencialmente en el tiempo

Suma siempre tendrá el mismo valor al terminar programa (dependiendo de valores de entrada)

Uno(100)

Uno(200)

tiempo

Suma=300

Ejemplo 2

//variable globalint suma = 0;

void *uno(void *p) { int *pi = (int *)p; for (int i = 0; i < *pi; i++) { suma++; }}

Ejemplo 2 (cont)

int main(int argc, char *argv[]){ int r1, r2; pthread_t thread1, thread2; if(argc != 3){ cout<<"Uso ./simple2 numero1 numero2"<<endl; exit(1); } r1 = atoi(argv[1]); r2 = atoi(argv[2]); if (pthread_create(&thread1, NULL, uno, (void *)&r1) != 0) perror("pthread_create"), exit(1); if (pthread_create(&thread2, NULL, uno, (void *)&r2) != 0) perror("pthread_create"), exit(1); if (pthread_join(thread1, NULL) != 0) perror("pthread_join"),exit(1); if (pthread_join(thread2, NULL) != 0) perror("pthread_join"),exit(1); cout<<"suma "<<suma<<endl;}

Caso multihebra

Un proceso Rutina uno asociada a dos hebras ejecutándose

concurrentemente Posibles salidas, alguna otra?

Uno(100)

Uno(200)

Uno(200)

Uno(100)

tiempo

Suma=300

Uno(100)

Uno(200)

Uno(200)

Uno(100)

Suma=283

Uno(100)

Uno(200)

Uno(200)

Uno(100)

Suma=290

Uno(200)

Uno(100)

Donde está el problema?

Sum es una variable global, compartida entre hebras en mismo proceso

Suma++ corresponde a más de una instrucción en lenguaje de máquina Leer de memoria, incrementar, escribir

en memoria Equivalente en MIPS

• lw $t0, offset($s0)• addi $t0, $t0, 1• sw $t0, offset($s0)

Vamos al detalle

Instrucciones se entrelazan en la ejecución concurrente de hebras Si suma = 0 inicialmente, cuál es el valor final?

Dado Hebra 1 y Hebra 2

tiempo lw $t0, offset($s0)

lw $t0, offset($s0)

addi $t0, $t0, 1

sw $t0, offset($s0)

addi $t0, $t0, 1

sw $t0, offset($s0)

Suma = ?

Planificador decide Cambio de hebra en CPU

Terminología

Código atómico: Sección de código que se ejecuta sin la intervención de otras hebras Ejecución toda o nada (como

transacción en bases de datos) Sección crítica: Sección de código

que accesa a recursos compartidos Recursos deben ser accesados

atómicamente