📄 csdn_文档中心_win32 多线程的性能（2）.htm
字号:
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<TD align=right><A href="http://www.csdn.net/">CSDN</A> - <A
href="http://www.csdn.net/develop/">文档中心</A> - <FONT
color=#003399>Visual C++</FONT> </TD></TR>
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color=#ffffff>标题</FONT></TD>
<TD><B> Win32
多线程的性能（2）</B> vcbear（收藏） </TD></TR>
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<TD width=500> Win32 多线程的性能（2）</TD></TR>
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<P><FONT color=#ff8000>Win32 多线程的性能（2）</FONT></P>
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<TD bgColor=#98a2bc>作者:Microsoft公司供稿</TD></TR></TBODY></TABLE>
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<TR>
<TD bgColor=#ebebeb>Ruediger R. Asche<BR>Microsoft Developer
Network 技术小组<BR>ConcurrentExecution
的内部工作<BR><BR><BR> 请注意：本节的讨论是非常技术性的，所以假设您理解很多有关 Win32 线程 API
的知识。如果您对如何使用 ConcurrentExecution 类来收集测试数据更加感兴趣，而不是对
ConcurrentExecution::DoForAllObjects
是如何被实现的感兴趣，那么您现在就可以跳到下面的“使用 ConcurrentExecution
来试验线程性能”一节。<BR><BR> 让我们从 DoSerial
开始，因为它很大程度上是一个“不费脑筋的家伙”：<BR><BR><BR>BOOL
ConcurrentExecution::DoSerial(int iNoOfObjects,long
*ObjectArray,<BR><BR>CONCURRENT_EXECUTION_ROUTINE
pProcessor,<BR><BR>CONCURRENT_FINISHING_ROUTINE
pTerminator)<BR><BR>{ <BR><BR>for (int
iLoop=0;iLoop<iNoOfObjects;iLoop++)<BR><BR>{<BR><BR>pTerminator((LPVOID)ObjectArray[iLoop],(LPVOID)pProcessor((LPVOID)ObjectArray[iLoop]));<BR><BR>};<BR><BR>return
TRUE;<BR><BR><BR>};<BR><BR><BR> 这段代码只是循环遍历该数组，在每一次迭代中调用处理器，然后在处理器和对象本身的结果上调用终结器。干得既干净又漂亮，不是吗？<BR><BR> 令人感兴趣的成员函数是
DoForAllObjects。乍一看，DoForAllObjects
所要做的也没有什么特别的——请求操作系统创建为每一个计算一个线程，并且确保终结器函数能够被正确地调用。但是，有两个问题使得
DoForAllObjects
比它的表面现象要复杂：第一，当计算的数目多于可用的线程数时，ConcurrentExecution
的一个实例所创建的“并发的最大度数”参数可能需要一些附加的记录(bookkeeping)。第二，每一个计算的终结器函数都是在调用
DoForAllObjects
的线程的上下文中被调用的，而不是在该计算运行所处的线程上下文中被调用的；并且，终结器是在处理器结束之后立刻被调用的。要处理这些问题还是需要很多技巧的。<BR><BR> 让我们深入到代码中，看看究竟是怎么样的。该段代码是从文件
Thrdlib.cpp 中继承来的，但是为了清除起见，已经被精简了：<BR><BR>int
ConcurrentExecution::DoForAllObjects(int iNoOfObjects,long
*ObjectArray,<BR><BR>CONCURRENT_EXECUTION_ROUTINE
pObjectProcessor,<BR><BR>CONCURRENT_FINISHING_ROUTINE<BR><BR>pObjectTerminated)<BR><BR>{<BR><BR>int
iLoop,iEndLoop;<BR><BR>DWORD iThread;<BR><BR>DWORD
iArrayIndex;<BR><BR>DWORD dwReturnCode;<BR><BR>DWORD
iCurrentArrayLength=0;<BR><BR>BOOL
bWeFreedSomething;<BR><BR>char
szBuf[70];<BR><BR><BR>m_iCurrentNumberOfThreads=iNoOfObjects;<BR><BR><BR>HANDLE
*hPnt=(HANDLE
*)VirtualAlloc(NULL,m_iCurrentNumberOfThreads*sizeof(HANDLE)<BR><BR>,MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE);<BR><BR>for(iLoop=0;iLoop<m_iCurrentNumberOfThreads;iLoop++)<BR><BR>hPnt[iLoop]
=
CreateThread(NULL,0,pObjectProcessor,(LPVOID)ObjectArray[iLoop],<BR><BR>CREATE_SUSPENDED,(LPDWORD)&iThread);
<BR><BR><BR> 首先，我们为每一个对象创建单独的线程。因为我们使用 CREATE_SUSPENDED
来创建该线程，所以还没有线程被启动。另一种方法是在需要时创建每一个线程。我决定不使用这种替代的策略，因为我发现当在一个同时运行了多个线程的应用程序中调用时，
CreateThread
调用是非常浪费的；这样，同在运行时创建每一个线程相比，在此时创建线程的开销将更加容易接受，<BR><BR><BR>for
(iLoop = 0; iLoop < m_iCurrentNumberOfThreads;
iLoop++)<BR><BR>{<BR><BR>HANDLE
hNewThread;<BR><BR>bWeFreedSomething=FALSE;<BR><BR>//
如果数组为空，分配一个 slot 和 boogie。<BR><BR>if
(!iCurrentArrayLength)<BR><BR>{<BR><BR>iArrayIndex =
0;<BR><BR>iCurrentArrayLength=1;<BR><BR>}<BR><BR>else<BR><BR>{<BR><BR>//
首先，检查我们是否可以重复使用任何的 slot。我们希望在查找一个新的 slot 之前首先//
做这项工作，这样我们就可以立刻调用该就线程的终结器...<BR><BR>iArrayIndex=WaitForMultipleObjects(iCurrentArrayLength,<BR><BR>m_hThreadArray,FALSE,0);<BR><BR>if
(iArrayIndex==WAIT_TIMEOUT) // no slot
free...<BR><BR>{<BR><BR>{<BR><BR>if (iCurrentArrayLength >=
m_iMaxArraySize)<BR><BR>{<BR><BR>iArrayIndex=
WaitForMultipleObjects(iCurrentArrayLength,<BR><BR>m_hThreadArray,FALSE,INFINITE);<BR><BR>bWeFreedSomething=TRUE;<BR><BR>}<BR><BR>else
// 我们可以释放某处的一个
slot，现在就这么做...<BR><BR>{<BR><BR>iCurrentArrayLength++;<BR><BR>iArrayIndex=iCurrentArrayLength-1;<BR><BR>};
// Else iArrayIndex points to a thread that has been
nuked<BR><BR>};<BR><BR>}<BR><BR>else bWeFreedSomething =
TRUE;<BR><BR>}; // 在这里，iArrayIndex
包含一个有效的索引以存储新的线程。<BR><BR>hNewThread =
hPnt[iLoop];<BR><BR>ResumeThread(hNewThread);<BR><BR>if
(bWeFreedSomething)<BR><BR>{
<BR><BR>GetExitCodeThread(m_hThreadArray[iArrayIndex],&dwReturnCode);
//错误<BR><BR>CloseHandle(m_hThreadArray[iArrayIndex]);<BR><BR>pObjectTerminated((void
*)m_hObjectArray[iArrayIndex],(void
*)dwReturnCode);<BR><BR>};<BR><BR>m_hThreadArray[iArrayIndex]
= hNewThread;<BR><BR>m_hObjectArray[iArrayIndex] =
ObjectArray[iLoop];<BR><BR>}; //
循环结束<BR><BR><BR> DoForAllObjects 的核心是 hPnt，它是一个对象数组，这些对象是当
ConcurrentExecution
对象被构造时分配的。该数组能够容纳最大数目的线程，此最大数目与在构造函数中指定的最大并发度数相对应；因此，该数组中的每一个元素都是一个"slot"，并有一个计算居于之中。<BR><BR> 关于决定如何填充和释放的
slots 算法如下：该对象数组是从头到尾遍历的，并且对于每一个对象，我们都做如下的事情：如果尚未有 slot
已经被填充，我们使用当前的对象来填充该数组中的第一个 slot，并且继续执行将要处理当前对象的线程。如果至少有一个 slot
被使用，我们使用 WaitForMultipleObjects
函数来决定是否有正在运行的任何计算已经结束；如果是，我们在该对象上调用终结器，并且为新对象“重用”该
slot。请注意，我们也可以首先填充每一个空闲的 slot，直到没有剩余的 slots 为止，然后开始填充空的
slot。但是，如果我们这样做了，那么空出 slot 的终结器函数将不会被调用，直到所有的 slot
都已经被填充，这样就违反了我们有关当处理器结束一个对象时，终结器立刻被调用的要求。<BR><BR> 最后，还有没有空闲
slot 的情况（就是说，当前激活的线程数等于 ConcurrentExecution
对象所允许的最大并发度数）。在这种情况下，WaitForMultipleObjects 将被再次调用以使得
DoForAllObjects 处于“睡眠”状态，直到有一个 slot 空出；只要这种情况一发生，终结器就被在空出 slot
的对象上调用，并且工作于当前对象的线程被继续执行。<BR><BR> 终于，所有的计算要么都已经结束，要么将占有对象数组中的
slot。下列的代码将会处理所有剩余的线程：<BR><BR><BR>iEndLoop =
iCurrentArrayLength;<BR><BR>for
(iLoop=iEndLoop;iLoop>0;iLoop--)<BR><BR>{<BR><BR>iArrayIndex=WaitForMultipleObjects(iLoop,
m_hThreadArray,FALSE,INFINITE);<BR><BR>if
(iArrayIndex==WAIT_FAILED)<BR><BR>{<BR><BR>GetLastError();<BR><BR>_asm
int 3; //
这里要做一些聪明的事...<BR><BR>};<BR><BR>GetExitCodeThread(m_hThreadArray[iArrayIndex],&dwReturnCode);
// 错误？<BR><BR>if
(!CloseHandle(m_hThreadArray[iArrayIndex]))<BR><BR>MessageBox(GetFocus(),"Can't
delete thread!","",MB_OK); //
使它更好...<BR><BR><BR>pObjectTerminated((void
*)m_hObjectArray[iArrayIndex],<BR><BR>(void
*)dwReturnCode);<BR><BR>if (iArrayIndex==iLoop-1) continue; //
这里很好，没有需要向后填充<BR><BR>m_hThreadArray[iArrayIndex]=m_hThreadArray[iLoop-1];<BR><BR>m_hObjectArray[iArrayIndex]=m_hObjectArray[iLoop-1];<BR><BR>};<BR><BR><BR>最后，清除：<BR><BR><BR>if
(hPnt)
VirtualFree(hPnt,m_iCurrentNumberOfThreads*sizeof(HANDLE),<BR><BR>MEM_DECOMMIT);<BR><BR><BR>return
iCurrentArrayLength;<BR><BR><BR>};<BR><BR><BR>使用
ConcurrentExecution 来试验线程性能<BR><BR><BR> 性能测试的范围如下：测试应用程序
Threadlibtest.exe 的用户可以指定是否测试基于 CPU 的或基于 I/O
的计算、执行多少个计算、计算的时间有多长、计算是如何排序的（为了测试最糟的情况与随机延迟），以及计算是被并发执行还是串行执行。<BR><BR> 为了消除意外的结果，每一个测试可以被执行十次，然后将十次的结果拿来平均，以产生一个更加可信的结果。<BR><BR> 通过选择菜单选项
"Run entire test set"，用户可以请求运行所有测试变量的变形。在测试中使用的计算长度在基础值 10 和
3,500 ms 之间变动（我一会儿将讨论这一问题），计算的数目在 2 和 20 之间变化。如果在运行该测试的计算机上安装了
Microsoft Excel，Threadlibtest.exe 将会把结果转储在一个 Microsoft Excel
工作表，该工作表位于 C:\Temp\Values.xls。在任何情况下结果值也将会被保存到一个纯文本文件中，该文件位于
C:\Temp\Results.fil。请注意，我对于协议文件的位置使用了硬编码的方式，纯粹是懒惰行为；如果您需要在您的计算机上重新生成测试结果，并且需要指定一个不同的位置，那么只需要重新编译生成该工程，改变文件
Threadlibtestview.cpp 的开头部分的 TEXTFILELOC 和 SHEETFILELOC
标识符的值即可。<BR><BR> 请牢记，运行整个的测试程序将总是以最糟的情况来排序计算（就是说，执行的顺序是串行的，最长的计算将被首先执行，其后跟随着第二长的计算，然后以次类推）。这种方案牺牲了串行执行的灵活性，因为并发执行的响应时间在一个非最糟的方案下也没有改变，而该串行执行的响应时间是有可能提高的。<BR><BR> 正如我前面所提到的，在一个实际的方案中，您应该分析每一个计算的时间是否是可以预测的。<BR><BR> 使用
ConcurrentExecution 类来收集性能数据的代码位于 Threadlibtestview.cpp
中。示例应用程序本身 (Threadlibtest.exe) 是一个真正的单文档界面 (SDI) 的 MFC
应用程序。所有与示例有关的代码都驻留在 view 类的实现 CThreadLibTestView 中，它是从
CEasyOutputView 继承而来的。（有关对该类的讨论，请参考"Windows NT Security in
Theory and
Practice"。）这里并不包含该类中所有的有趣代码，所包含的大部分是其数字统计部分和用户界面处理部分。执行测试中的
"meat" 在 CThreadLibTestView::ExecuteTest 中，将执行一个测试运行周期。下面是有关
CThreadLibTestView::ExecuteTest 的简略代码：<BR><BR><BR>void
CThreadlibtestView::ExecuteTest()<BR><BR>{<BR><BR>ConcurrentExecution
*ce;<BR><BR>bCPUBound=((m_iCompType&CT_IOBOUND)==0); //
全局...<BR><BR>ce = new ConcurrentExecution(25);<BR><BR>if
(!QueryPerformanceCounter(&m_liOldVal)) return; // 获得当前时间。
<BR><BR>if (!m_iCompType&CT_IOBOUND)
timeBeginPeriod(1);<BR><BR>if
(m_iCompType&CT_CONCURRENT)<BR><BR>m_iThreadsUsed=ce->DoForAllObjects(m_iNumberOfThreads,<BR><BR>(long
*)m_iNumbers,<BR><BR>(CONCURRENT_EXECUTION_ROUTINE)pProcessor,<BR><BR>(CONCURRENT_FINISHING_ROUTINE)pTerminator);<BR><BR>else<BR><BR>ce->DoSerial(m_iNumberOfThreads,<BR><BR>(long
*)m_iNumbers,<BR><BR>(CONCURRENT_EXECUTION_ROUTINE)pProcessor,<BR><BR>(CONCURRENT_FINISHING_ROUTINE)pTerminator);<BR><BR>if
(!m_iCompType&CT_IOBOUND)
timeEndPeriod(1);<BR><BR>delete(ce);<BR><BR><
其他的代码在一个数组中排序结果，以供 Excel
处理...><BR><BR>}<BR><BR><BR> 该段代码首先创建一个 ConcurrentExecution
类的对象，然后，取样当前时间，（用于统计计算所消耗的时间和响应时间），并且，根据所请求的是串行执行还是并发执行，分别调用
ConcurrentExecution 对象 DoSerial 或 DoForAllObjects
成员。请注意，对于当前的执行我请求最大并发度数为 25；如果您想要运行有多于 25
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