]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/thread.cpp
3b7a10eeed31a2dc33415d2f5cbd6fe7037cc7c8
[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 // wake_up() wakes up the thread, normally at the beginning of the search or,
63 // if "sleeping threads" is used, when there is some work to do.
64
65 void Thread::wake_up() {
66
67   lock_grab(sleepLock);
68   cond_signal(sleepCond);
69   lock_release(sleepLock);
70 }
71
72
73 // cutoff_occurred() checks whether a beta cutoff has occurred in the current
74 // active split point, or in some ancestor of the split point.
75
76 bool Thread::cutoff_occurred() const {
77
78   for (SplitPoint* sp = splitPoint; sp; sp = sp->parent)
79       if (sp->is_betaCutoff)
80           return true;
81
82   return false;
83 }
84
85
86 // is_available_to() checks whether the thread is available to help the thread with
87 // threadID "master" at a split point. An obvious requirement is that thread must be
88 // idle. With more than two threads, this is not by itself sufficient: If the thread
89 // is the master of some active split point, it is only available as a slave to the
90 // threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s split
91 // point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
92
93 bool Thread::is_available_to(int master) const {
94
95   if (is_searching)
96       return false;
97
98   // Make a local copy to be sure doesn't become zero under our feet while
99   // testing next condition and so leading to an out of bound access.
100   int sp_count = activeSplitPoints;
101
102   // No active split points means that the thread is available as a slave for any
103   // other thread otherwise apply the "helpful master" concept if possible.
104   if (!sp_count || (splitPoints[sp_count - 1].slavesMask & (1ULL << master)))
105       return true;
106
107   return false;
108 }
109
110
111 // read_uci_options() updates number of active threads and other parameters
112 // according to the UCI options values. It is called before to start a new search.
113
114 void ThreadsManager::read_uci_options() {
115
116   maxThreadsPerSplitPoint = Options["Max Threads per Split Point"];
117   minimumSplitDepth       = Options["Min Split Depth"] * ONE_PLY;
118   useSleepingThreads      = Options["Use Sleeping Threads"];
119
120   set_size(Options["Threads"]);
121 }
122
123
124 // set_size() changes the number of active threads and raises do_sleep flag for
125 // all the unused threads that will go immediately to sleep.
126
127 void ThreadsManager::set_size(int cnt) {
128
129   assert(cnt > 0 && cnt <= MAX_THREADS);
130
131   activeThreads = cnt;
132
133   for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++) // Ignore main thread
134       if (i < activeThreads)
135       {
136           // Dynamically allocate pawn and material hash tables according to the
137           // number of active threads. This avoids preallocating memory for all
138           // possible threads if only few are used.
139           threads[i].pawnTable.init();
140           threads[i].materialTable.init();
141
142           threads[i].do_sleep = false;
143       }
144       else
145           threads[i].do_sleep = true;
146 }
147
148
149 // init() is called during startup. Initializes locks and condition variables
150 // and launches all threads sending them immediately to sleep.
151
152 void ThreadsManager::init() {
153
154   // Initialize sleep condition and lock used by thread manager
155   cond_init(sleepCond);
156   lock_init(threadsLock);
157
158   // Initialize thread's sleep conditions and split point locks
159   for (int i = 0; i <= MAX_THREADS; i++)
160   {
161       lock_init(threads[i].sleepLock);
162       cond_init(threads[i].sleepCond);
163
164       for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
165           lock_init(threads[i].splitPoints[j].lock);
166   }
167
168   // Allocate main thread tables to call evaluate() also when not searching
169   threads[0].pawnTable.init();
170   threads[0].materialTable.init();
171
172   // Create and launch all the threads, threads will go immediately to sleep
173   for (int i = 0; i <= MAX_THREADS; i++)
174   {
175       threads[i].is_searching = false;
176       threads[i].do_sleep = (i != 0); // Avoid a race with start_thinking()
177       threads[i].threadID = i;
178
179       if (!thread_create(threads[i].handle, start_routine, threads[i]))
180       {
181           std::cerr << "Failed to create thread number " << i << std::endl;
182           ::exit(EXIT_FAILURE);
183       }
184   }
185 }
186
187
188 // exit() is called to cleanly terminate the threads when the program finishes
189
190 void ThreadsManager::exit() {
191
192   assert(threads[0].is_searching == false);
193
194   for (int i = 0; i <= MAX_THREADS; i++)
195   {
196       threads[i].do_exit = true; // Search must be already finished
197       threads[i].wake_up();
198
199       thread_join(threads[i].handle); // Wait for thread termination
200
201       // Now we can safely destroy associated locks and wait conditions
202       lock_destroy(threads[i].sleepLock);
203       cond_destroy(threads[i].sleepCond);
204
205       for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
206           lock_destroy(threads[i].splitPoints[j].lock);
207   }
208
209   lock_destroy(threadsLock);
210   cond_destroy(sleepCond);
211 }
212
213
214 // available_slave_exists() tries to find an idle thread which is available as
215 // a slave for the thread with threadID 'master'.
216
217 bool ThreadsManager::available_slave_exists(int master) const {
218
219   assert(master >= 0 && master < activeThreads);
220
221   for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
222       if (threads[i].is_available_to(master))
223           return true;
224
225   return false;
226 }
227
228
229 // split() does the actual work of distributing the work at a node between
230 // several available threads. If it does not succeed in splitting the node
231 // (because no idle threads are available, or because we have no unused split
232 // point objects), the function immediately returns. If splitting is possible, a
233 // SplitPoint object is initialized with all the data that must be copied to the
234 // helper threads and then helper threads are told that they have been assigned
235 // work. This will cause them to instantly leave their idle loops and call
236 // search(). When all threads have returned from search() then split() returns.
237
238 template <bool Fake>
239 Value ThreadsManager::split(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta,
240                             Value bestValue, Depth depth, Move threatMove,
241                             int moveCount, MovePicker* mp, int nodeType) {
242   assert(pos.pos_is_ok());
243   assert(bestValue > -VALUE_INFINITE);
244   assert(bestValue <= alpha);
245   assert(alpha < beta);
246   assert(beta <= VALUE_INFINITE);
247   assert(depth > DEPTH_ZERO);
248   assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < activeThreads);
249   assert(activeThreads > 1);
250
251   int i, master = pos.thread();
252   Thread& masterThread = threads[master];
253
254   // If we already have too many active split points, don't split
255   if (masterThread.activeSplitPoints >= MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS)
256       return bestValue;
257
258   // Pick the next available split point from the split point stack
259   SplitPoint* sp = &masterThread.splitPoints[masterThread.activeSplitPoints];
260
261   // Initialize the split point
262   sp->parent = masterThread.splitPoint;
263   sp->master = master;
264   sp->is_betaCutoff = false;
265   sp->slavesMask = (1ULL << master);
266   sp->depth = depth;
267   sp->threatMove = threatMove;
268   sp->alpha = alpha;
269   sp->beta = beta;
270   sp->nodeType = nodeType;
271   sp->bestValue = bestValue;
272   sp->mp = mp;
273   sp->moveCount = moveCount;
274   sp->pos = &pos;
275   sp->nodes = 0;
276   sp->ss = ss;
277
278   // If we are here it means we are not available
279   assert(masterThread.is_searching);
280
281   int workersCnt = 1; // At least the master is included
282
283   // Try to allocate available threads and ask them to start searching setting
284   // is_searching flag. This must be done under lock protection to avoid concurrent
285   // allocation of the same slave by another master.
286   lock_grab(threadsLock);
287   lock_grab(sp->lock); // To protect sp->slaves_mask
288
289   for (i = 0; !Fake && i < activeThreads; i++)
290       if (threads[i].is_available_to(master))
291       {
292           sp->slavesMask |= (1ULL << i);
293           threads[i].splitPoint = sp;
294
295           // Allocate the slave and make it exit from idle_loop()
296           threads[i].is_searching = true;
297
298           if (useSleepingThreads)
299               threads[i].wake_up();
300
301           if (++workersCnt >= maxThreadsPerSplitPoint)
302               break;
303       }
304
305   lock_release(sp->lock);
306   lock_release(threadsLock);
307
308   // We failed to allocate even one slave, return
309   if (!Fake && workersCnt == 1)
310       return bestValue;
311
312   masterThread.splitPoint = sp;
313   masterThread.activeSplitPoints++;
314
315   // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from which
316   // it will instantly launch a search, because its is_searching flag is set.
317   // We pass the split point as a parameter to the idle loop, which means that
318   // the thread will return from the idle loop when all slaves have finished
319   // their work at this split point.
320   masterThread.idle_loop(sp);
321
322   // In helpful master concept a master can help only a sub-tree of its split
323   // point, and because here is all finished is not possible master is booked.
324   assert(!masterThread.is_searching);
325
326   // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
327   // finished. Note that changing state and decreasing activeSplitPoints is done
328   // under lock protection to avoid a race with Thread::is_available_to().
329   lock_grab(threadsLock);
330   lock_grab(sp->lock); // To protect sp->nodes
331
332
333   masterThread.is_searching = true;
334   masterThread.activeSplitPoints--;
335   masterThread.splitPoint = sp->parent;
336   pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + sp->nodes);
337
338   lock_release(sp->lock);
339   lock_release(threadsLock);
340
341   return sp->bestValue;
342 }
343
344 // Explicit template instantiations
345 template Value ThreadsManager::split<false>(Position&, Stack*, Value, Value, Value, Depth, Move, int, MovePicker*, int);
346 template Value ThreadsManager::split<true>(Position&, Stack*, Value, Value, Value, Depth, Move, int, MovePicker*, int);
347
348
349 // Thread::timer_loop() is where the timer thread waits maxPly milliseconds and
350 // then calls do_timer_event(). If maxPly is 0 thread sleeps until is woken up.
351 extern void check_time();
352
353 void Thread::timer_loop() {
354
355   while (!do_exit)
356   {
357       lock_grab(sleepLock);
358       timed_wait(sleepCond, sleepLock, maxPly ? maxPly : INT_MAX);
359       lock_release(sleepLock);
360       check_time();
361   }
362 }
363
364
365 // ThreadsManager::set_timer() is used to set the timer to trigger after msec
366 // milliseconds. If msec is 0 then timer is stopped.
367
368 void ThreadsManager::set_timer(int msec) {
369
370   Thread& timer = threads[MAX_THREADS];
371
372   lock_grab(timer.sleepLock);
373   timer.maxPly = msec;
374   cond_signal(timer.sleepCond); // Wake up and restart the timer
375   lock_release(timer.sleepLock);
376 }
377
378
379 // Thread::main_loop() is where the main thread is parked waiting to be started
380 // when there is a new search. Main thread will launch all the slave threads.
381
382 void Thread::main_loop() {
383
384   while (true)
385   {
386       lock_grab(sleepLock);
387
388       do_sleep = true; // Always return to sleep after a search
389       is_searching = false;
390
391       while (do_sleep && !do_exit)
392       {
393           cond_signal(Threads.sleepCond); // Wake up UI thread if needed
394           cond_wait(sleepCond, sleepLock);
395       }
396
397       is_searching = true;
398
399       lock_release(sleepLock);
400
401       if (do_exit)
402           return;
403
404       Search::think();
405   }
406 }
407
408
409 // ThreadsManager::start_thinking() is used by UI thread to wake up the main
410 // thread parked in main_loop() and starting a new search. If asyncMode is true
411 // then function returns immediately, otherwise caller is blocked waiting for
412 // the search to finish.
413
414 void ThreadsManager::start_thinking(const Position& pos, const LimitsType& limits,
415                                     const std::set<Move>& searchMoves, bool async) {
416   Thread& main = threads[0];
417
418   lock_grab(main.sleepLock);
419
420   // Wait main thread has finished before to launch a new search
421   while (!main.do_sleep)
422       cond_wait(sleepCond, main.sleepLock);
423
424   // Copy input arguments to initialize the search
425   RootPosition.copy(pos, 0);
426   Limits = limits;
427   RootMoves.clear();
428
429   // Populate RootMoves with all the legal moves (default) or, if a searchMoves
430   // set is given, with the subset of legal moves to search.
431   for (MoveList<MV_LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
432       if (searchMoves.empty() || searchMoves.count(ml.move()))
433           RootMoves.push_back(RootMove(ml.move()));
434
435   // Reset signals before to start the new search
436   Signals.stopOnPonderhit = Signals.firstRootMove = false;
437   Signals.stop = Signals.failedLowAtRoot = false;
438
439   main.do_sleep = false;
440   cond_signal(main.sleepCond); // Wake up main thread and start searching
441
442   if (!async)
443       while (!main.do_sleep)
444           cond_wait(sleepCond, main.sleepLock);
445
446   lock_release(main.sleepLock);
447 }
448
449
450 // ThreadsManager::stop_thinking() is used by UI thread to raise a stop request
451 // and to wait for the main thread finishing the search. Needed to wait exiting
452 // and terminate the threads after a 'quit' command.
453
454 void ThreadsManager::stop_thinking() {
455
456   Thread& main = threads[0];
457
458   Search::Signals.stop = true;
459
460   lock_grab(main.sleepLock);
461
462   cond_signal(main.sleepCond); // In case is waiting for stop or ponderhit
463
464   while (!main.do_sleep)
465       cond_wait(sleepCond, main.sleepLock);
466
467   lock_release(main.sleepLock);
468 }
469
470
471 // ThreadsManager::wait_for_stop_or_ponderhit() is called when the maximum depth
472 // is reached while the program is pondering. The point is to work around a wrinkle
473 // in the UCI protocol: When pondering, the engine is not allowed to give a
474 // "bestmove" before the GUI sends it a "stop" or "ponderhit" command. We simply
475 // wait here until one of these commands (that raise StopRequest) is sent and
476 // then return, after which the bestmove and pondermove will be printed.
477
478 void ThreadsManager::wait_for_stop_or_ponderhit() {
479
480   Signals.stopOnPonderhit = true;
481
482   Thread& main = threads[0];
483
484   lock_grab(main.sleepLock);
485
486   while (!Signals.stop)
487       cond_wait(main.sleepCond, main.sleepLock);
488
489   lock_release(main.sleepLock);
490 }