Учет факторов производительности при организации управленияпамятью
Программа 9.1, приведенная в следующей главе, позволяет исследовать различные аспекты производительности в условиях, когда несколько потоков соревнуются между собой за право обладания разделяемыми ресурсами. Аналогичные эффекты будут наблюдаться и в случае, когда потоки привлекаются для управления памятью с использованием функций malloc и free из многопоточной стандартной библиотеки С, поскольку эти функции используют объекты CRITICAL_SECTION для синхронизации доступа к структуре данных кучи (вы можете в этом сами убедиться, просмотрев исходный код библиотеки С). Ниже описаны два возможных способа улучшения производительности.
• Каждый поток, управляющий памятью, может создать дескриптор типа HANDLE для собственной кучи с помощью функции HeapCreate (глава 5). После этого для распределения памяти вместо функций malloc и free можно использовать функции HeapAlloc и HeapFree.
• Значение переменной окружения времени выполнения __MSVCRT_HEAP_SELECT можно установить равным __GLOBAL_HEAP_SELECTED. Это приведет к тому, что функции malloc и free будут использовать для управления памятью схему Windows, которая использует спин-блокировки (spin locks) вместо объектов CS и может быть намного более эффективной. Этот метод был предложен Гербертом Орашем (Gerbert Orasche) в статье "Configuring VC++ Multithreaded Memory Management", опубликованной в майском выпуске журнала Windows Developer's Journal за 2000 год, а представленные в этой статье результаты убедительно свидетельствуют о преимуществах данного метода в отношении производительности.
Резюме
Windows поддерживает полный набор операций синхронизации, способных обеспечить безопасную реализацию потоков и процессов. Синхронизация привносит в проектирование и разработку программ массу проблем, требующих самого тщательного рассмотрения, которое могло бы гарантировать не только корректную работу программ, но и их высокую производительность.
В следующих главах
В главе 9 внимание концентрируется на тех аспектах производительности, которые связаны с многопоточным характером приложений и применением в них объектов синхронизации. Сначала анализируются факторы, влияющие на производительность SMP-систем; в некоторых случаях производительность может резко ухудшаться из-за конфликтов за право владения ресурсами, в связи с чем предлагается несколько стратегий, обеспечивающих поддержание эксплуатационных характеристик SMP-систем на высоком уровне. Далее следует сравнительный анализ достоинств и недостатков мьютексов и объектов CRITICAL_SECTION, а затем рассматривается тонкая настройка объектов CRITICAL_SECTION с использованием спин-счетчиков. Завершается глава рекомендациями, в которых суммируются известные методики повышения производительности и заостряется внимание на возможных рисках.
Дополнительная литература
Вопросы синхронизации важны для любой ОС, и поэтому многие руководства по ОС содержат их подробное обсуждение в рамках более общего контекста.
Ранее уже упоминались другие книги, посвященные синхронизации в Windows. В то же время, при чтении книг по Windows более общего характера следует быть очень внимательными, поскольку в том, что касается потоков и синхронизации, некоторые из них могут попросту дезориентировать, и большинство из них не были обновлены с целью включения в рассмотрение средств NT5, которые мы используем в данной книге. Так, в одной очень популярной книге, получившей положительные отзывы рецензентов, несмотря на большой объем содержащихся в ней словесных описаний, ни слова не говорится о классе памяти volatile, не совсем правильно объяснены четыре модели событий, а в качестве метода, позволяющего изменить значение счетчика семафора более чем на единицу, рекомендуется решение, в котором используются многократные вызовы функций ожидания, что чревато возникновением взаимоблокировок (вспомните обсуждение в разделе, посвященном семафорам).
Для углубленного изучения тематики потоков и синхронизации можно порекомендовать книгу [6], которая будет полезна даже тем, кто программирует исключительно в среде Windows. Приведенные в этой книге обсуждения и описания в равной степени применимы, как правило, и к Windows, а перенос примеров программ послужит вам хорошим упражнением.