31c5961d2fc104f7af2d12afec86f7ee73f56ea2
[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) 2008-2012 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 <cassert>
21 #include <iostream>
22
23 #include "movegen.h"
24 #include "search.h"
25 #include "thread.h"
26 #include "ucioption.h"
27
28 using namespace Search;
29
30 ThreadsManager Threads; // Global object
31
32 namespace { extern "C" {
33
34  // start_routine() is the C function which is called when a new thread
35  // is launched. It simply calls idle_loop() of the supplied thread. The first
36  // and last thread are special. First one is the main search thread while the
37  // last one mimics a timer, they run in main_loop() and timer_loop().
38
39 #if defined(_WIN32) || defined(_WIN64)
40   DWORD WINAPI start_routine(LPVOID thread) {
41 #else
42   void* start_routine(void* thread) {
43 #endif
44
45     Thread* th = (Thread*)thread;
46
47     if (th->threadID == 0)
48         th->main_loop();
49
50     else if (th->threadID == MAX_THREADS)
51         th->timer_loop();
52
53     else
54         th->idle_loop(NULL);
55
56     return 0;
57   }
58
59 } }
60
61
62 // Thread::timer_loop() is where the timer thread waits maxPly milliseconds and
63 // then calls do_timer_event(). If maxPly is 0 thread sleeps until is woken up.
64 extern void check_time();
65
66 void Thread::timer_loop() {
67
68   while (!do_exit)
69   {
70       lock_grab(sleepLock);
71       timed_wait(sleepCond, sleepLock, maxPly ? maxPly : INT_MAX);
72       lock_release(sleepLock);
73       check_time();
74   }
75 }
76
77
78 // Thread::main_loop() is where the main thread is parked waiting to be started
79 // when there is a new search. Main thread will launch all the slave threads.
80
81 void Thread::main_loop() {
82
83   while (true)
84   {
85       lock_grab(sleepLock);
86
87       do_sleep = true; // Always return to sleep after a search
88       is_searching = false;
89
90       while (do_sleep && !do_exit)
91       {
92           cond_signal(Threads.sleepCond); // Wake up UI thread if needed
93           cond_wait(sleepCond, sleepLock);
94       }
95
96       lock_release(sleepLock);
97
98       if (do_exit)
99           return;
100
101       is_searching = true;
102
103       Search::think();
104   }
105 }
106
107
108 // Thread::wake_up() wakes up the thread, normally at the beginning of the search
109 // or, if "sleeping threads" is used, when there is some work to do.
110
111 void Thread::wake_up() {
112
113   lock_grab(sleepLock);
114   cond_signal(sleepCond);
115   lock_release(sleepLock);
116 }
117
118
119 // Thread::wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth is
120 // reached while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle
121 // in the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
122 // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command. We simply
123 // wait here until one of these commands (that raise StopRequest) is sent and
124 // then return, after which the bestmove and pondermove will be printed.
125
126 void Thread::wait_for_stop_or_ponderhit() {
127
128   Signals.stopOnPonderhit = true;
129
130   lock_grab(sleepLock);
131
132   while (!Signals.stop)
133       cond_wait(sleepCond, sleepLock);
134
135   lock_release(sleepLock);
136 }
137
138
139 // cutoff_occurred() checks whether a beta cutoff has occurred in the current
140 // active split point, or in some ancestor of the split point.
141
142 bool Thread::cutoff_occurred() const {
143
144   for (SplitPoint* sp = curSplitPoint; sp; sp = sp->parent)
145       if (sp->cutoff)
146           return true;
147
148   return false;
149 }
150
151
152 // is_available_to() checks whether the thread is available to help the thread with
153 // threadID "master" at a split point. An obvious requirement is that thread must be
154 // idle. With more than two threads, this is not by itself sufficient: If the thread
155 // is the master of some active split point, it is only available as a slave to the
156 // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s split
157 // point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
158
159 bool Thread::is_available_to(int master) const {
160
161   if (is_searching)
162       return false;
163
164   // Make a local copy to be sure doesn't become zero under our feet while
165   // testing next condition and so leading to an out of bound access.
166   int spCnt = splitPointsCnt;
167
168   // No active split points means that the thread is available as a slave for any
169   // other thread otherwise apply the "helpful master" concept if possible.
170   return !spCnt || (splitPoints[spCnt - 1].slavesMask & (1ULL << master));
171 }
172
173
174 // read_uci_options() updates internal threads parameters from the corresponding
175 // UCI options. It is called before to start a new search.
176
177 void ThreadsManager::read_uci_options() {
178
179   maxThreadsPerSplitPoint = Options["Max Threads per Split Point"];
180   minimumSplitDepth       = Options["Min Split Depth"] * ONE_PLY;
181   useSleepingThreads      = Options["Use Sleeping Threads"];
182 }
183
184
185 // set_size() changes the number of active threads and raises do_sleep flag for
186 // all the unused threads that will go immediately to sleep.
187
188 void ThreadsManager::set_size(int cnt) {
189
190   assert(cnt > 0 && cnt < MAX_THREADS);
191
192   activeThreads = cnt;
193
194   for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
195       if (i < activeThreads)
196       {
197           // Dynamically allocate pawn and material hash tables according to the
198           // number of active threads. This avoids preallocating memory for all
199           // possible threads if only few are used.
200           threads[i].pawnTable.init();
201           threads[i].materialTable.init();
202           threads[i].maxPly = 0;
203
204           threads[i].do_sleep = false;
205
206           if (!useSleepingThreads)
207               threads[i].wake_up();
208       }
209       else
210           threads[i].do_sleep = true;
211 }
212
213
214 // init() is called during startup. Initializes locks and condition variables
215 // and launches all threads sending them immediately to sleep.
216
217 void ThreadsManager::init() {
218
219   read_uci_options();
220
221   cond_init(sleepCond);
222   lock_init(splitLock);
223
224   // Allocate main thread tables to call evaluate() also when not searching
225   threads[0].pawnTable.init();
226   threads[0].materialTable.init();
227
228   // Create and launch all the threads, threads will go immediately to sleep
229   for (int i = 0; i <= MAX_THREADS; i++)
230   {
231       threads[i].is_searching = false;
232       threads[i].do_sleep = (i != 0); // Avoid a race with start_thinking()
233       threads[i].threadID = i;
234
235       lock_init(threads[i].sleepLock);
236       cond_init(threads[i].sleepCond);
237
238       for (int j = 0; j < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD; j++)
239           lock_init(threads[i].splitPoints[j].lock);
240
241       if (!thread_create(threads[i].handle, start_routine, threads[i]))
242       {
243           std::cerr << "Failed to create thread number " << i << std::endl;
244           ::exit(EXIT_FAILURE);
245       }
246   }
247 }
248
249
250 // exit() is called to cleanly terminate the threads when the program finishes
251
252 void ThreadsManager::exit() {
253
254   for (int i = 0; i <= MAX_THREADS; i++)
255   {
256       assert(threads[i].do_sleep);
257
258       threads[i].do_exit = true; // Search must be already finished
259       threads[i].wake_up();
260
261       thread_join(threads[i].handle); // Wait for thread termination
262
263       lock_destroy(threads[i].sleepLock);
264       cond_destroy(threads[i].sleepCond);
265
266       for (int j = 0; j < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD; j++)
267           lock_destroy(threads[i].splitPoints[j].lock);
268   }
269
270   lock_destroy(splitLock);
271   cond_destroy(sleepCond);
272 }
273
274
275 // available_slave_exists() tries to find an idle thread which is available as
276 // a slave for the thread with threadID 'master'.
277
278 bool ThreadsManager::available_slave_exists(int master) const {
279
280   assert(master >= 0 && master < activeThreads);
281
282   for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
283       if (threads[i].is_available_to(master))
284           return true;
285
286   return false;
287 }
288
289
290 // split() does the actual work of distributing the work at a node between
291 // several available threads. If it does not succeed in splitting the node
292 // (because no idle threads are available, or because we have no unused split
293 // point objects), the function immediately returns. If splitting is possible, a
294 // SplitPoint object is initialized with all the data that must be copied to the
295 // helper threads and then helper threads are told that they have been assigned
296 // work. This will cause them to instantly leave their idle loops and call
297 // search(). When all threads have returned from search() then split() returns.
298
299 template <bool Fake>
300 Value ThreadsManager::split(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta,
301                             Value bestValue, Move* bestMove, Depth depth,
302                             Move threatMove, int moveCount, MovePicker *mp, int nodeType) {
303   assert(pos.pos_is_ok());
304   assert(bestValue > -VALUE_INFINITE);
305   assert(bestValue <= alpha);
306   assert(alpha < beta);
307   assert(beta <= VALUE_INFINITE);
308   assert(depth > DEPTH_ZERO);
309   assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < activeThreads);
310   assert(activeThreads > 1);
311
312   int master = pos.thread();
313   Thread& masterThread = threads[master];
314
315   if (masterThread.splitPointsCnt >= MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
316       return bestValue;
317
318   // Pick the next available split point from the split point stack
319   SplitPoint* sp = &masterThread.splitPoints[masterThread.splitPointsCnt++];
320
321   sp->parent = masterThread.curSplitPoint;
322   sp->master = master;
323   sp->cutoff = false;
324   sp->slavesMask = 1ULL << master;
325   sp->depth = depth;
326   sp->bestMove = *bestMove;
327   sp->threatMove = threatMove;
328   sp->alpha = alpha;
329   sp->beta = beta;
330   sp->nodeType = nodeType;
331   sp->bestValue = bestValue;
332   sp->mp = mp;
333   sp->moveCount = moveCount;
334   sp->pos = &pos;
335   sp->nodes = 0;
336   sp->ss = ss;
337
338   assert(masterThread.is_searching);
339
340   masterThread.curSplitPoint = sp;
341   int slavesCnt = 0;
342
343   // Try to allocate available threads and ask them to start searching setting
344   // is_searching flag. This must be done under lock protection to avoid concurrent
345   // allocation of the same slave by another master.
346   lock_grab(sp->lock);
347   lock_grab(splitLock);
348
349   for (int i = 0; i < activeThreads && !Fake; i++)
350       if (threads[i].is_available_to(master))
351       {
352           sp->slavesMask |= 1ULL << i;
353           threads[i].curSplitPoint = sp;
354           threads[i].is_searching = true; // Slave leaves idle_loop()
355
356           if (useSleepingThreads)
357               threads[i].wake_up();
358
359           if (++slavesCnt + 1 >= maxThreadsPerSplitPoint) // Master is always included
360               break;
361       }
362
363   lock_release(splitLock);
364   lock_release(sp->lock);
365
366   // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from which
367   // it will instantly launch a search, because its is_searching flag is set.
368   // We pass the split point as a parameter to the idle loop, which means that
369   // the thread will return from the idle loop when all slaves have finished
370   // their work at this split point.
371   if (slavesCnt || Fake)
372   {
373       masterThread.idle_loop(sp);
374
375       // In helpful master concept a master can help only a sub-tree of its split
376       // point, and because here is all finished is not possible master is booked.
377       assert(!masterThread.is_searching);
378   }
379
380   // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
381   // finished. Note that setting is_searching and decreasing splitPointsCnt is
382   // done under lock protection to avoid a race with Thread::is_available_to().
383   lock_grab(sp->lock); // To protect sp->nodes
384   lock_grab(splitLock);
385
386   masterThread.is_searching = true;
387   masterThread.splitPointsCnt--;
388   masterThread.curSplitPoint = sp->parent;
389   pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + sp->nodes);
390   *bestMove = sp->bestMove;
391
392   lock_release(splitLock);
393   lock_release(sp->lock);
394
395   return sp->bestValue;
396 }
397
398 // Explicit template instantiations
399 template Value ThreadsManager::split<false>(Position&, Stack*, Value, Value, Value, Move*, Depth, Move, int, MovePicker*, int);
400 template Value ThreadsManager::split<true>(Position&, Stack*, Value, Value, Value, Move*, Depth, Move, int, MovePicker*, int);
401
402
403 // ThreadsManager::set_timer() is used to set the timer to trigger after msec
404 // milliseconds. If msec is 0 then timer is stopped.
405
406 void ThreadsManager::set_timer(int msec) {
407
408   Thread& timer = threads[MAX_THREADS];
409
410   lock_grab(timer.sleepLock);
411   timer.maxPly = msec;
412   cond_signal(timer.sleepCond); // Wake up and restart the timer
413   lock_release(timer.sleepLock);
414 }
415
416
417 // ThreadsManager::start_thinking() is used by UI thread to wake up the main
418 // thread parked in main_loop() and starting a new search. If asyncMode is true
419 // then function returns immediately, otherwise caller is blocked waiting for
420 // the search to finish.
421
422 void ThreadsManager::start_thinking(const Position& pos, const LimitsType& limits,
423                                     const std::set<Move>& searchMoves, bool async) {
424   Thread& main = threads[0];
425
426   lock_grab(main.sleepLock);
427
428   // Wait main thread has finished before to launch a new search
429   while (!main.do_sleep)
430       cond_wait(sleepCond, main.sleepLock);
431
432   // Copy input arguments to initialize the search
433   RootPosition.copy(pos, 0);
434   Limits = limits;
435   RootMoves.clear();
436
437   // Populate RootMoves with all the legal moves (default) or, if a searchMoves
438   // set is given, with the subset of legal moves to search.
439   for (MoveList<MV_LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
440       if (searchMoves.empty() || searchMoves.count(ml.move()))
441           RootMoves.push_back(RootMove(ml.move()));
442
443   // Reset signals before to start the new search
444   Signals.stopOnPonderhit = Signals.firstRootMove = false;
445   Signals.stop = Signals.failedLowAtRoot = false;
446
447   main.do_sleep = false;
448   cond_signal(main.sleepCond); // Wake up main thread and start searching
449
450   if (!async)
451       while (!main.do_sleep)
452           cond_wait(sleepCond, main.sleepLock);
453
454   lock_release(main.sleepLock);
455 }
456
457
458 // ThreadsManager::stop_thinking() is used by UI thread to raise a stop request
459 // and to wait for the main thread finishing the search. Needed to wait exiting
460 // and terminate the threads after a 'quit' command.
461
462 void ThreadsManager::stop_thinking() {
463
464   Thread& main = threads[0];
465
466   Search::Signals.stop = true;
467
468   lock_grab(main.sleepLock);
469
470   cond_signal(main.sleepCond); // In case is waiting for stop or ponderhit
471
472   while (!main.do_sleep)
473       cond_wait(sleepCond, main.sleepLock);
474
475   lock_release(main.sleepLock);
476 }