让线程休眠（C pthreads）

Question

我正在使用 pthreads 并尝试让一个线程睡眠 X 秒。

我已经尝试过 sleep(), nanosleep(), pthread_cond_timedwait()（在一个虚假的互斥锁上等待 X 秒），pthread_yield()，每次线程唤醒时检查时间，以查看是否该运行，最后只是忙等待 X 秒。

问题是，尽管所有这些方法在结果方面都很好，但它们并没有给出我所期望的性能结果。性能是以吞吐量（每秒回复数）而不是时间来衡量的。

在我的配置中，我在 2 个模拟物理核心上运行了 3 个软件线程（VirtualBox 运行 Ubuntu Server）。当我让其中的 1 个线程睡眠时，我希望能获得更好的性能，因为其他 2 个线程有一个专用的 物理 核心可以运行。然而，我得到了完全相反的结果（使用所有方法）：增加睡眠时间会导致性能变差。（请注意，睡眠 线程的工作量为 130-300ms。）

这可能是由于虚拟化（主机机器有 4 个核心）吗？这可能是因为我使用的方法与使用 pthread_yield 的方法类似吗？

sleep() 和 nanosleep() 是如何实现的？它们使用信号吗？您认为使用信号处理程序和 alarm() 实现会是更好的方法吗？当我调用 pthread_cond_wait() 时会发生什么？它是如何实现的？

我还尝试使用 chrt 更改调度策略，但没有成功。

- zakkak

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请您提供示例代码以及实际的性能数据（例如从 time 命令中获取），以便演示您的问题。 - Jay Sullivan

@Jarry 我应该如何持有互斥锁或信号量达 X 秒钟？你能给一个你所想的例子吗？ - zakkak

@notfed，你可以在这里找到代码：http://code.google.com/p/lb-bind/source/browse/trunk/bind-9.9.0/bin/named/profiler.c#130。关于时间测量，性能是通过吞吐量而不是时间来衡量的 :) - zakkak

抱歉，但是在你的问题中没有定义“performance”和“results”的具体含义。在你明确测量绩效的精确指标之前，“如何提高绩效”的问题无法得到真正的回答。请先定义测量绩效的确切数量。 - chetan

性能是通过服务器（BIND）每秒回复的数量（吞吐量）来衡量的。通过将额外的线程（不处理请求）置于休眠状态，我希望其他两个线程能够运行更长时间并处理更多的请求。 - zakkak

Answer 1

我同意@Aaron Digulla的观点，即通过反复试错和猜测永远无法回答性能问题。但更重要的是，根据您声称的睡眠时间越长，周期线程之间的吞吐量就越差，我不确定您是否在衡量正确的事物。按照这种逻辑，您可以将睡眠周期设置为无限大的数字（基本上大于您的测量周期），您的吞吐量应该是最差的。是这种情况吗？

请注意，测量服务器吞吐量可能是一个棘手的问题，受到许多测量和客户端设置中的陷阱的影响。以下是一些示例，说明您的合成基准数字有多容易被欺骗：http://www.teamquest.com/pdfs/whitepaper/load-test.pdf 如果您对性能测量感兴趣，请阅读该文章。它是纯金。

- chetan

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是的，情况就是这样。现在关于测量，我对我的测量技术很有信心，尽管我不是服务器方面的专家。我也会阅读您提供的参考资料，看看是否有任何可能与我的情况相关的内容，并希望像您所说的那样受益。 :) - zakkak

如果是这样的话，我认为你需要开始减少变量。你能在一个真正的物理多核机器上运行相同的测试吗（这样虚拟机的因素就不会影响结果了）？另外，增加工作线程的数量也是值得尝试的，看看它对吞吐量的影响如何。 - chetan

不幸的是，在物理多核上运行是不可能的，也是不可取的。我觉得玩弄线程数量是一个非常好的主意，不知道为什么我还没有尝试过。如果有任何有趣的事情发生，我会让你知道的。 - zakkak

实际上，增加软件线程的数量（4-8）确实隐藏了差异（将较长休眠的最低数字提高到与完全不休眠相同）。然而，该应用程序仍然无法从休眠线程中受益。同时，增加更多的线程也没有帮助，如果线程数足够大，它开始给出初始图像。 - zakkak

因此，如果不详细检查代码，我认为您的睡眠线程实际上正在做一些有用的工作，有助于吞吐量（除了定期的簿记类型工作之外）。而且可能存在一些阻塞操作（从磁盘/网络读取等），这意味着您需要比num_cpus更多的线程来保持CPU忙碌。 - chetan

当线程进入睡眠状态时，没有挂起的阻塞操作。此外，该线程对吞吐量没有任何贡献。其他线程确实在使用网络，这可能是为什么使用更多线程比核心表现更好的原因。然而，BIND的文档没有提到任何相关内容。它请求核心数，然后创建n+4个软件线程。 - zakkak

Answer 2

1. 通过分析器运行您的代码，以查看时间花在哪里。否则，您只会猜测，根据我的经验，这些猜测90％是错误的。

2. alarm()可能有所帮助，但它实际上应该做sleep()的工作，因此我不会真正期望有什么区别。

以下是可能导致此问题的一些想法：

• 缓存刷新。如果您的两个工作线程非常好地使用缓存，则切换到新线程可能意味着缓存刷新，这可能非常昂贵。在这里，想法是如果休眠者让工作线程长时间保持空闲状态，则工作线程可以填充更多的缓存。

• 两个工作线程需要一个由休眠者独占/锁定的资源。

• 您如何衡量性能？也许您测量了其他效果（例如桌面搜索正在索引您的计算机等）

要彻底解决此问题，您必须逐个函数减少代码，直到出现所需的行为，并在分析器中运行它以检查意外情况。

- Aaron Digulla