]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/thread.cpp
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[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    std::thread* th = new T;
42    *th = std::thread(&T::idle_loop, (T*)th); // Will go to sleep
43    return (T*)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->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> lk(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.spinlock.acquire(); // No contention here until we don't increment splitPointsSize
148   spinlock.acquire();
149
150   sp.master = this;
151   sp.parentSplitPoint = activeSplitPoint;
152   sp.slavesMask = 0, sp.slavesMask.set(idx);
153   sp.depth = depth;
154   sp.bestValue = *bestValue;
155   sp.bestMove = *bestMove;
156   sp.alpha = alpha;
157   sp.beta = beta;
158   sp.nodeType = nodeType;
159   sp.cutNode = cutNode;
160   sp.movePicker = movePicker;
161   sp.moveCount = moveCount;
162   sp.pos = &pos;
163   sp.nodes = 0;
164   sp.cutoff = false;
165   sp.ss = ss;
166   sp.allSlavesSearching = true; // Must be set under lock protection
167
168   ++splitPointsSize;
169   activeSplitPoint = &sp;
170   activePosition = nullptr;
171   spinlock.release();
172
173   // Try to allocate available threads
174   Thread* slave;
175
176   while (    sp.slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
177          && (slave = Threads.available_slave(&sp)) != nullptr)
178   {
179      slave->spinlock.acquire();
180
181       if (slave->can_join(activeSplitPoint))
182       {
183           activeSplitPoint->slavesMask.set(slave->idx);
184           slave->activeSplitPoint = activeSplitPoint;
185           slave->searching = true;
186       }
187
188       slave->spinlock.release();
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.spinlock.release();
196
197   Thread::idle_loop(); // Force a call to base class idle_loop()
198
199   sp.spinlock.acquire();
200   spinlock.acquire();
201
202   // In the helpful master concept, a master can help only a sub-tree of its
203   // split point and because everything is finished here, it's not possible
204   // for the master to be booked.
205   assert(!searching);
206   assert(!activePosition);
207
208   searching = true;
209
210   // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
211   // finished. Note that decreasing splitPointsSize must be done under lock
212   // protection to avoid a race with Thread::can_join().
213   --splitPointsSize;
214   activeSplitPoint = sp.parentSplitPoint;
215   activePosition = &pos;
216   pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + sp.nodes);
217   *bestMove = sp.bestMove;
218   *bestValue = sp.bestValue;
219
220   spinlock.release();
221   sp.spinlock.release();
222 }
223
224
225 // TimerThread::idle_loop() is where the timer thread waits Resolution milliseconds
226 // and then calls check_time(). When not searching, thread sleeps until it's woken up.
227
228 void TimerThread::idle_loop() {
229
230   while (!exit)
231   {
232       std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
233
234       if (!exit)
235           sleepCondition.wait_for(lk, std::chrono::milliseconds(run ? Resolution : INT_MAX));
236
237       lk.unlock();
238
239       if (run)
240           check_time();
241   }
242 }
243
244
245 // MainThread::idle_loop() is where the main thread is parked waiting to be started
246 // when there is a new search. The main thread will launch all the slave threads.
247
248 void MainThread::idle_loop() {
249
250   while (!exit)
251   {
252       std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
253
254       thinking = false;
255
256       while (!thinking && !exit)
257       {
258           sleepCondition.notify_one(); // Wake up the UI thread if needed
259           sleepCondition.wait(lk);
260       }
261
262       lk.unlock();
263
264       if (!exit)
265       {
266           searching = true;
267
268           Search::think();
269
270           assert(searching);
271
272           searching = false;
273       }
274   }
275 }
276
277
278 // MainThread::join() waits for main thread to finish the search
279
280 void MainThread::join() {
281
282   std::unique_lock<Mutex> lk(mutex);
283   sleepCondition.wait(lk, [&]{ return !thinking; });
284 }
285
286
287 // ThreadPool::init() is called at startup to create and launch requested threads,
288 // that will go immediately to sleep. We cannot use a c'tor because Threads is a
289 // static object and we need a fully initialized engine at this point due to
290 // allocation of Endgames in Thread c'tor.
291
292 void ThreadPool::init() {
293
294   timer = new_thread<TimerThread>();
295   push_back(new_thread<MainThread>());
296   read_uci_options();
297 }
298
299
300 // ThreadPool::exit() terminates the threads before the program exits. Cannot be
301 // done in d'tor because threads must be terminated before freeing us.
302
303 void ThreadPool::exit() {
304
305   delete_thread(timer); // As first because check_time() accesses threads data
306   timer = nullptr;
307
308   for (Thread* th : *this)
309       delete_thread(th);
310
311   clear(); // Get rid of stale pointers
312 }
313
314
315 // ThreadPool::read_uci_options() updates internal threads parameters from the
316 // corresponding UCI options and creates/destroys threads to match the requested
317 // number. Thread objects are dynamically allocated to avoid creating all possible
318 // threads in advance (which include pawns and material tables), even if only a
319 // few are to be used.
320
321 void ThreadPool::read_uci_options() {
322
323   minimumSplitDepth = Options["Min Split Depth"] * ONE_PLY;
324   size_t requested  = Options["Threads"];
325
326   assert(requested > 0);
327
328   while (size() < requested)
329       push_back(new_thread<Thread>());
330
331   while (size() > requested)
332   {
333       delete_thread(back());
334       pop_back();
335   }
336 }
337
338
339 // ThreadPool::available_slave() tries to find an idle thread which is available
340 // to join SplitPoint 'sp'.
341
342 Thread* ThreadPool::available_slave(const SplitPoint* sp) const {
343
344   for (Thread* th : *this)
345       if (th->can_join(sp))
346           return th;
347
348   return nullptr;
349 }
350
351
352 // ThreadPool::start_thinking() wakes up the main thread sleeping in
353 // MainThread::idle_loop() and starts a new search, then returns immediately.
354
355 void ThreadPool::start_thinking(const Position& pos, const LimitsType& limits,
356                                 StateStackPtr& states) {
357   main()->join();
358
359   Signals.stopOnPonderhit = Signals.firstRootMove = false;
360   Signals.stop = Signals.failedLowAtRoot = false;
361
362   RootMoves.clear();
363   RootPos = pos;
364   Limits = limits;
365   if (states.get()) // If we don't set a new position, preserve current state
366   {
367       SetupStates = std::move(states); // Ownership transfer here
368       assert(!states.get());
369   }
370
371   for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
372       if (   limits.searchmoves.empty()
373           || std::count(limits.searchmoves.begin(), limits.searchmoves.end(), m))
374           RootMoves.push_back(RootMove(m));
375
376   main()->thinking = true;
377   main()->notify_one(); // Wake up main thread: 'thinking' must be already set
378 }