]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/thread.cpp
Introduce yielding spin locks
[stockfish] / src / thread.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm> // For std::count
21 #include <cassert>
22
23 #include "movegen.h"
24 #include "search.h"
25 #include "thread.h"
26 #include "uci.h"
27
28 using namespace Search;
29
30 ThreadPool Threads; // Global object
31
32 extern void check_time();
33
34 namespace {
35
36  // Helpers to launch a thread after creation and joining before delete. Must be
37  // outside Thread c'tor and d'tor because the object must be fully initialized
38  // when start_routine (and hence virtual idle_loop) is called and when joining.
39
40  template<typename T> T* new_thread() {
41    T* th = new T();
42    th->nativeThread = std::thread(&ThreadBase::idle_loop, th); // Will go to sleep
43    return th;
44  }
45
46  void delete_thread(ThreadBase* th) {
47
48    th->mutex.lock();
49    th->exit = true; // Search must be already finished
50    th->mutex.unlock();
51
52    th->notify_one();
53    th->nativeThread.join(); // Wait for thread termination
54    delete th;
55  }
56
57 }
58
59
60 // ThreadBase::notify_one() wakes up the thread when there is some work to do
61
62 void ThreadBase::notify_one() {
63
64   std::unique_lock<Mutex>(this->mutex);
65   sleepCondition.notify_one();
66 }
67
68
69 // ThreadBase::wait_for() set the thread to sleep until 'condition' turns true
70
71 void ThreadBase::wait_for(volatile const bool& condition) {
72
73   std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
74   sleepCondition.wait(lk, [&]{ return condition; });
75 }
76
77
78 // Thread c'tor makes some init but does not launch any execution thread that
79 // will be started only when c'tor returns.
80
81 Thread::Thread() /* : splitPoints() */ { // Initialization of non POD broken in MSVC
82
83   searching = false;
84   maxPly = 0;
85   splitPointsSize = 0;
86   activeSplitPoint = nullptr;
87   activePosition = nullptr;
88   idx = Threads.size(); // Starts from 0
89 }
90
91
92 // Thread::cutoff_occurred() checks whether a beta cutoff has occurred in the
93 // current active split point, or in some ancestor of the split point.
94
95 bool Thread::cutoff_occurred() const {
96
97   for (SplitPoint* sp = activeSplitPoint; sp; sp = sp->parentSplitPoint)
98       if (sp->cutoff)
99           return true;
100
101   return false;
102 }
103
104
105 // Thread::can_join() checks whether the thread is available to join the split
106 // point 'sp'. An obvious requirement is that thread must be idle. With more than
107 // two threads, this is not sufficient: If the thread is the master of some split
108 // point, it is only available as a slave for the split points below his active
109 // one (the "helpful master" concept in YBWC terminology).
110
111 bool Thread::can_join(const SplitPoint* sp) const {
112
113   if (searching)
114       return false;
115
116   // Make a local copy to be sure it doesn't become zero under our feet while
117   // testing next condition and so leading to an out of bounds access.
118   const size_t size = splitPointsSize;
119
120   // No split points means that the thread is available as a slave for any
121   // other thread otherwise apply the "helpful master" concept if possible.
122   return !size || splitPoints[size - 1].slavesMask.test(sp->master->idx);
123 }
124
125
126 // Thread::split() does the actual work of distributing the work at a node between
127 // several available threads. If it does not succeed in splitting the node
128 // (because no idle threads are available), the function immediately returns.
129 // If splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
130 // data that must be copied to the helper threads and then helper threads are
131 // informed that they have been assigned work. This will cause them to instantly
132 // leave their idle loops and call search(). When all threads have returned from
133 // search() then split() returns.
134
135 void Thread::split(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Value* bestValue,
136                    Move* bestMove, Depth depth, int moveCount,
137                    MovePicker* movePicker, int nodeType, bool cutNode) {
138
139   assert(searching);
140   assert(-VALUE_INFINITE < *bestValue && *bestValue <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
141   assert(depth >= Threads.minimumSplitDepth);
142   assert(splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD);
143
144   // Pick and init the next available split point
145   SplitPoint& sp = splitPoints[splitPointsSize];
146
147   sp.mutex.lock(); // No contention here until we don't increment splitPointsSize
148
149   sp.master = this;
150   sp.parentSplitPoint = activeSplitPoint;
151   sp.slavesMask = 0, sp.slavesMask.set(idx);
152   sp.depth = depth;
153   sp.bestValue = *bestValue;
154   sp.bestMove = *bestMove;
155   sp.alpha = alpha;
156   sp.beta = beta;
157   sp.nodeType = nodeType;
158   sp.cutNode = cutNode;
159   sp.movePicker = movePicker;
160   sp.moveCount = moveCount;
161   sp.pos = &pos;
162   sp.nodes = 0;
163   sp.cutoff = false;
164   sp.ss = ss;
165   sp.allSlavesSearching = true; // Must be set under lock protection
166
167   ++splitPointsSize;
168   activeSplitPoint = &sp;
169   activePosition = nullptr;
170
171   // Try to allocate available threads
172   Thread* slave;
173
174   while (    sp.slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
175          && (slave = Threads.available_slave(&sp)) != nullptr)
176   {
177      slave->allocMutex.lock();
178
179       if (slave->can_join(activeSplitPoint))
180       {
181           activeSplitPoint->slavesMask.set(slave->idx);
182           slave->activeSplitPoint = activeSplitPoint;
183           slave->searching = true;
184       }
185
186       slave->allocMutex.unlock();
187
188       slave->notify_one(); // Could be sleeping
189   }
190
191   // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from which
192   // it will instantly launch a search, because its 'searching' flag is set.
193   // The thread will return from the idle loop when all slaves have finished
194   // their work at this split point.
195   sp.mutex.unlock();
196
197   Thread::idle_loop(); // Force a call to base class idle_loop()
198
199   // In the helpful master concept, a master can help only a sub-tree of its
200   // split point and because everything is finished here, it's not possible
201   // for the master to be booked.
202   assert(!searching);
203   assert(!activePosition);
204
205   searching = true;
206
207   // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
208   // finished. Note that decreasing splitPointsSize must be done under lock
209   // protection to avoid a race with Thread::can_join().
210   sp.mutex.lock();
211
212   --splitPointsSize;
213   activeSplitPoint = sp.parentSplitPoint;
214   activePosition = &pos;
215   pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + sp.nodes);
216   *bestMove = sp.bestMove;
217   *bestValue = sp.bestValue;
218
219   sp.mutex.unlock();
220 }
221
222
223 // TimerThread::idle_loop() is where the timer thread waits Resolution milliseconds
224 // and then calls check_time(). When not searching, thread sleeps until it's woken up.
225
226 void TimerThread::idle_loop() {
227
228   while (!exit)
229   {
230       std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
231
232       if (!exit)
233           sleepCondition.wait_for(lk, std::chrono::milliseconds(run ? Resolution : INT_MAX));
234
235       lk.unlock();
236
237       if (run)
238           check_time();
239   }
240 }
241
242
243 // MainThread::idle_loop() is where the main thread is parked waiting to be started
244 // when there is a new search. The main thread will launch all the slave threads.
245
246 void MainThread::idle_loop() {
247
248   while (!exit)
249   {
250       std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
251
252       thinking = false;
253
254       while (!thinking && !exit)
255       {
256           Threads.sleepCondition.notify_one(); // Wake up the UI thread if needed
257           sleepCondition.wait(lk);
258       }
259
260       lk.unlock();
261
262       if (!exit)
263       {
264           searching = true;
265
266           Search::think();
267
268           assert(searching);
269
270           searching = false;
271       }
272   }
273 }
274
275
276 // ThreadPool::init() is called at startup to create and launch requested threads,
277 // that will go immediately to sleep. We cannot use a c'tor because Threads is a
278 // static object and we need a fully initialized engine at this point due to
279 // allocation of Endgames in Thread c'tor.
280
281 void ThreadPool::init() {
282
283   timer = new_thread<TimerThread>();
284   push_back(new_thread<MainThread>());
285   read_uci_options();
286 }
287
288
289 // ThreadPool::exit() terminates the threads before the program exits. Cannot be
290 // done in d'tor because threads must be terminated before freeing us.
291
292 void ThreadPool::exit() {
293
294   delete_thread(timer); // As first because check_time() accesses threads data
295
296   for (Thread* th : *this)
297       delete_thread(th);
298 }
299
300
301 // ThreadPool::read_uci_options() updates internal threads parameters from the
302 // corresponding UCI options and creates/destroys threads to match the requested
303 // number. Thread objects are dynamically allocated to avoid creating all possible
304 // threads in advance (which include pawns and material tables), even if only a
305 // few are to be used.
306
307 void ThreadPool::read_uci_options() {
308
309   minimumSplitDepth = Options["Min Split Depth"] * ONE_PLY;
310   size_t requested  = Options["Threads"];
311
312   assert(requested > 0);
313
314   // If zero (default) then set best minimum split depth automatically
315   if (!minimumSplitDepth)
316       minimumSplitDepth = requested < 8 ? 4 * ONE_PLY : 7 * ONE_PLY;
317
318   while (size() < requested)
319       push_back(new_thread<Thread>());
320
321   while (size() > requested)
322   {
323       delete_thread(back());
324       pop_back();
325   }
326 }
327
328
329 // ThreadPool::available_slave() tries to find an idle thread which is available
330 // to join SplitPoint 'sp'.
331
332 Thread* ThreadPool::available_slave(const SplitPoint* sp) const {
333
334   for (Thread* th : *this)
335       if (th->can_join(sp))
336           return th;
337
338   return nullptr;
339 }
340
341
342 // ThreadPool::wait_for_think_finished() waits for main thread to finish the search
343
344 void ThreadPool::wait_for_think_finished() {
345
346   std::unique_lock<Mutex> lk(main()->mutex);
347   sleepCondition.wait(lk, [&]{ return !main()->thinking; });
348 }
349
350
351 // ThreadPool::start_thinking() wakes up the main thread sleeping in
352 // MainThread::idle_loop() and starts a new search, then returns immediately.
353
354 void ThreadPool::start_thinking(const Position& pos, const LimitsType& limits,
355                                 StateStackPtr& states) {
356   wait_for_think_finished();
357
358   SearchTime = now(); // As early as possible
359
360   Signals.stopOnPonderhit = Signals.firstRootMove = false;
361   Signals.stop = Signals.failedLowAtRoot = false;
362
363   RootMoves.clear();
364   RootPos = pos;
365   Limits = limits;
366   if (states.get()) // If we don't set a new position, preserve current state
367   {
368       SetupStates = std::move(states); // Ownership transfer here
369       assert(!states.get());
370   }
371
372   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
373       if (   limits.searchmoves.empty()
374           || std::count(limits.searchmoves.begin(), limits.searchmoves.end(), m))
375           RootMoves.push_back(RootMove(m));
376
377   main()->thinking = true;
378   main()->notify_one(); // Starts main thread
379 }