]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/thread.cpp
Don't assume the type of Time::point
[stockfish] / src / thread.cpp
index dee37d0dd740b7f6bb784c8cdf8eb0115282ff91..ba5d13d5666908e45b0ad8149a51e72b4365f54a 100644 (file)
@@ -1,7 +1,7 @@
 /*
   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
-  Copyright (C) 2008-2010 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
+  Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
 
   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
 
-#include <iostream>
+#include <algorithm> // For std::count
+#include <cassert>
 
+#include "movegen.h"
+#include "search.h"
 #include "thread.h"
-#include "ucioption.h"
+#include "uci.h"
 
-ThreadsManager Threads; // Global object definition
+using namespace Search;
+
+ThreadPool Threads; // Global object
+
+extern void check_time();
 
 namespace {
 
- // init_thread() is the function which is called when a new thread is
- // launched. It simply calls the idle_loop() function with the supplied
- // threadID. There are two versions of this function; one for POSIX
- // threads and one for Windows threads.
+ // Helpers to launch a thread after creation and joining before delete. Must be
+ // outside Thread c'tor and d'tor because the object must be fully initialized
+ // when start_routine (and hence virtual idle_loop) is called and when joining.
 
-#if !defined(_MSC_VER)
+ template<typename T> T* new_thread() {
+   T* th = new T();
+   th->nativeThread = std::thread(&ThreadBase::idle_loop, th); // Will go to sleep
+   return th;
+ }
 
 void* init_thread(void* threadID) {
void delete_thread(ThreadBase* th) {
 
-    Threads.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
-    return NULL;
-  }
+   th->mutex.lock();
+   th->exit = true; // Search must be already finished
+   th->mutex.unlock();
 
-#else
+   th->notify_one();
+   th->nativeThread.join(); // Wait for thread termination
+   delete th;
+ }
 
-  DWORD WINAPI init_thread(LPVOID threadID) {
+}
 
-    Threads.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
-    return 0;
-  }
 
-#endif
+// ThreadBase::notify_one() wakes up the thread when there is some work to do
+
+void ThreadBase::notify_one() {
+
+  std::unique_lock<std::mutex>(this->mutex);
+  sleepCondition.notify_one();
+}
+
+
+// ThreadBase::wait_for() set the thread to sleep until 'condition' turns true
+
+void ThreadBase::wait_for(volatile const bool& condition) {
 
+  std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex);
+  sleepCondition.wait(lk, [&]{ return condition; });
 }
 
 
-// wake_up() wakes up the thread, normally at the beginning of the search or,
-// if "sleeping threads" is used, when there is some work to do.
+// Thread c'tor makes some init but does not launch any execution thread that
+// will be started only when c'tor returns.
 
-void Thread::wake_up() {
+Thread::Thread() /* : splitPoints() */ { // Initialization of non POD broken in MSVC
 
-  lock_grab(&sleepLock);
-  cond_signal(&sleepCond);
-  lock_release(&sleepLock);
+  searching = false;
+  maxPly = 0;
+  splitPointsSize = 0;
+  activeSplitPoint = nullptr;
+  activePosition = nullptr;
+  idx = Threads.size(); // Starts from 0
 }
 
 
-// cutoff_occurred() checks whether a beta cutoff has occurred in
-// the thread's currently active split point, or in some ancestor of
-// the current split point.
+// Thread::cutoff_occurred() checks whether a beta cutoff has occurred in the
+// current active split point, or in some ancestor of the split point.
 
 bool Thread::cutoff_occurred() const {
 
-  for (SplitPoint* sp = splitPoint; sp; sp = sp->parent)
-      if (sp->is_betaCutoff)
+  for (SplitPoint* sp = activeSplitPoint; sp; sp = sp->parentSplitPoint)
+      if (sp->cutoff)
           return true;
+
   return false;
 }
 
 
-// is_available_to() checks whether the thread is available to help the thread with
-// threadID "master" at a split point. An obvious requirement is that thread must be
-// idle. With more than two threads, this is not by itself sufficient: If the thread
-// is the master of some active split point, it is only available as a slave to the
-// threads which are busy searching the split point at the top of "slave"'s split
-// point stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
+// Thread::available_to() checks whether the thread is available to help the
+// thread 'master' at a split point. An obvious requirement is that thread must
+// be idle. With more than two threads, this is not sufficient: If the thread is
+// the master of some split point, it is only available as a slave to the slaves
+// which are busy searching the split point at the top of slave's split point
+// stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
 
-bool Thread::is_available_to(int master) const {
+bool Thread::available_to(const Thread* master) const {
 
-  if (state != AVAILABLE)
+  if (searching)
       return false;
 
-  // Make a local copy to be sure doesn't become zero under our feet while
-  // testing next condition and so leading to an out of bound access.
-  int localActiveSplitPoints = activeSplitPoints;
+  // Make a local copy to be sure it doesn't become zero under our feet while
+  // testing next condition and so leading to an out of bounds access.
+  const size_t size = splitPointsSize;
 
-  // No active split points means that the thread is available as a slave for any
+  // No split points means that the thread is available as a slave for any
   // other thread otherwise apply the "helpful master" concept if possible.
-  if (   !localActiveSplitPoints
-      || splitPoints[localActiveSplitPoints - 1].is_slave[master])
-      return true;
-
-  return false;
+  return !size || splitPoints[size - 1].slavesMask.test(master->idx);
 }
 
 
-// read_uci_options() updates number of active threads and other internal
-// parameters according to the UCI options values. It is called before
-// to start a new search.
+// Thread::split() does the actual work of distributing the work at a node between
+// several available threads. If it does not succeed in splitting the node
+// (because no idle threads are available), the function immediately returns.
+// If splitting is possible, a SplitPoint object is initialized with all the
+// data that must be copied to the helper threads and then helper threads are
+// informed that they have been assigned work. This will cause them to instantly
+// leave their idle loops and call search(). When all threads have returned from
+// search() then split() returns.
+
+void Thread::split(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Value* bestValue,
+                   Move* bestMove, Depth depth, int moveCount,
+                   MovePicker* movePicker, int nodeType, bool cutNode) {
+
+  assert(searching);
+  assert(-VALUE_INFINITE < *bestValue && *bestValue <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
+  assert(depth >= Threads.minimumSplitDepth);
+  assert(splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD);
+
+  // Pick and init the next available split point
+  SplitPoint& sp = splitPoints[splitPointsSize];
+
+  sp.master = this;
+  sp.parentSplitPoint = activeSplitPoint;
+  sp.slavesMask = 0, sp.slavesMask.set(idx);
+  sp.depth = depth;
+  sp.bestValue = *bestValue;
+  sp.bestMove = *bestMove;
+  sp.alpha = alpha;
+  sp.beta = beta;
+  sp.nodeType = nodeType;
+  sp.cutNode = cutNode;
+  sp.movePicker = movePicker;
+  sp.moveCount = moveCount;
+  sp.pos = &pos;
+  sp.nodes = 0;
+  sp.cutoff = false;
+  sp.ss = ss;
+
+  // Try to allocate available threads and ask them to start searching setting
+  // 'searching' flag. This must be done under lock protection to avoid concurrent
+  // allocation of the same slave by another master.
+  Threads.spinlock.acquire();
+  sp.spinlock.acquire();
+
+  sp.allSlavesSearching = true; // Must be set under lock protection
+  ++splitPointsSize;
+  activeSplitPoint = &sp;
+  activePosition = nullptr;
+
+  Thread* slave;
+
+  while (    sp.slavesMask.count() < MAX_SLAVES_PER_SPLITPOINT
+         && (slave = Threads.available_slave(this)) != nullptr)
+  {
+      sp.slavesMask.set(slave->idx);
+      slave->activeSplitPoint = &sp;
+      slave->searching = true; // Slave leaves idle_loop()
+      slave->notify_one(); // Could be sleeping
+  }
+
+  // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from which
+  // it will instantly launch a search, because its 'searching' flag is set.
+  // The thread will return from the idle loop when all slaves have finished
+  // their work at this split point.
+  sp.spinlock.release();
+  Threads.spinlock.release();
+
+  Thread::idle_loop(); // Force a call to base class idle_loop()
 
-void ThreadsManager::read_uci_options() {
+  // In the helpful master concept, a master can help only a sub-tree of its
+  // split point and because everything is finished here, it's not possible
+  // for the master to be booked.
+  assert(!searching);
+  assert(!activePosition);
 
-  maxThreadsPerSplitPoint = Options["Maximum Number of Threads per Split Point"].value<int>();
-  minimumSplitDepth       = Options["Minimum Split Depth"].value<int>() * ONE_PLY;
-  useSleepingThreads      = Options["Use Sleeping Threads"].value<bool>();
-  activeThreads           = Options["Threads"].value<int>();
+  // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
+  // finished. Note that setting 'searching' and decreasing splitPointsSize must
+  // be done under lock protection to avoid a race with Thread::available_to().
+  Threads.spinlock.acquire();
+  sp.spinlock.acquire();
+
+  searching = true;
+  --splitPointsSize;
+  activeSplitPoint = sp.parentSplitPoint;
+  activePosition = &pos;
+  pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + sp.nodes);
+  *bestMove = sp.bestMove;
+  *bestValue = sp.bestValue;
+
+  sp.spinlock.release();
+  Threads.spinlock.release();
 }
 
 
-// init_threads() is called during startup. Initializes locks and condition
-// variables and launches all threads sending them immediately to sleep.
+// TimerThread::idle_loop() is where the timer thread waits Resolution milliseconds
+// and then calls check_time(). When not searching, thread sleeps until it's woken up.
+
+void TimerThread::idle_loop() {
+
+  while (!exit)
+  {
+      std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex);
 
-void ThreadsManager::init() {
+      if (!exit)
+          sleepCondition.wait_for(lk, std::chrono::milliseconds(run ? Resolution : INT_MAX));
 
-  int arg[MAX_THREADS];
+      lk.unlock();
 
-  // This flag is needed to properly end the threads when program exits
-  allThreadsShouldExit = false;
+      if (run)
+          check_time();
+  }
+}
 
-  // Threads will sent to sleep as soon as created, only main thread is kept alive
-  activeThreads = 1;
-  threads[0].state = Thread::SEARCHING;
 
-  // Allocate pawn and material hash tables for main thread
-  init_hash_tables();
+// MainThread::idle_loop() is where the main thread is parked waiting to be started
+// when there is a new search. The main thread will launch all the slave threads.
 
-  lock_init(&mpLock);
+void MainThread::idle_loop() {
 
-  // Initialize thread and split point locks
-  for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
+  while (!exit)
   {
-      lock_init(&threads[i].sleepLock);
-      cond_init(&threads[i].sleepCond);
+      std::unique_lock<std::mutex> lk(mutex);
 
-      for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
-          lock_init(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
-  }
+      thinking = false;
 
-  // Create and startup all the threads but the main that is already running
-  for (int i = 1; i < MAX_THREADS; i++)
-  {
-      threads[i].state = Thread::INITIALIZING;
-      arg[i] = i;
-
-#if !defined(_MSC_VER)
-      pthread_t pthread[1];
-      bool ok = (pthread_create(pthread, NULL, init_thread, (void*)(&arg[i])) == 0);
-      pthread_detach(pthread[0]);
-#else
-      bool ok = (CreateThread(NULL, 0, init_thread, (LPVOID)(&arg[i]), 0, NULL) != NULL);
-#endif
-      if (!ok)
+      while (!thinking && !exit)
       {
-          std::cout << "Failed to create thread number " << i << std::endl;
-          ::exit(EXIT_FAILURE);
+          Threads.sleepCondition.notify_one(); // Wake up the UI thread if needed
+          sleepCondition.wait(lk);
       }
 
-      // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
-      while (threads[i].state == Thread::INITIALIZING) {}
+      lk.unlock();
+
+      if (!exit)
+      {
+          searching = true;
+
+          Search::think();
+
+          assert(searching);
+
+          searching = false;
+      }
   }
 }
 
 
-// exit_threads() is called when the program exits. It makes all the
-// helper threads exit cleanly.
+// ThreadPool::init() is called at startup to create and launch requested threads,
+// that will go immediately to sleep. We cannot use a c'tor because Threads is a
+// static object and we need a fully initialized engine at this point due to
+// allocation of Endgames in Thread c'tor.
 
-void ThreadsManager::exit() {
+void ThreadPool::init() {
 
-  // Force the woken up threads to exit idle_loop() and hence terminate
-  allThreadsShouldExit = true;
+  timer = new_thread<TimerThread>();
+  push_back(new_thread<MainThread>());
+  read_uci_options();
+}
 
-  for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
-  {
-      // Wake up all the threads and waits for termination
-      if (i != 0)
-      {
-          threads[i].wake_up();
-          while (threads[i].state != Thread::TERMINATED) {}
-      }
 
-      // Now we can safely destroy the locks and wait conditions
-      lock_destroy(&threads[i].sleepLock);
-      cond_destroy(&threads[i].sleepCond);
+// ThreadPool::exit() terminates the threads before the program exits. Cannot be
+// done in d'tor because threads must be terminated before freeing us.
 
-      for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
-          lock_destroy(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
-  }
+void ThreadPool::exit() {
 
-  lock_destroy(&mpLock);
+  delete_thread(timer); // As first because check_time() accesses threads data
+
+  for (Thread* th : *this)
+      delete_thread(th);
 }
 
 
-// init_hash_tables() dynamically allocates pawn and material hash tables
-// according to the number of active threads. This avoids preallocating
-// memory for all possible threads if only few are used as, for instance,
-// on mobile devices where memory is scarce and allocating for MAX_THREADS
-// threads could even result in a crash.
+// ThreadPool::read_uci_options() updates internal threads parameters from the
+// corresponding UCI options and creates/destroys threads to match the requested
+// number. Thread objects are dynamically allocated to avoid creating all possible
+// threads in advance (which include pawns and material tables), even if only a
+// few are to be used.
+
+void ThreadPool::read_uci_options() {
+
+  minimumSplitDepth = Options["Min Split Depth"] * ONE_PLY;
+  size_t requested  = Options["Threads"];
+
+  assert(requested > 0);
+
+  // If zero (default) then set best minimum split depth automatically
+  if (!minimumSplitDepth)
+      minimumSplitDepth = requested < 8 ? 4 * ONE_PLY : 7 * ONE_PLY;
 
-void ThreadsManager::init_hash_tables() {
+  while (size() < requested)
+      push_back(new_thread<Thread>());
 
-  for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
+  while (size() > requested)
   {
-      threads[i].pawnTable.init();
-      threads[i].materialTable.init();
+      delete_thread(back());
+      pop_back();
   }
 }
 
 
-// available_slave_exists() tries to find an idle thread which is available as
-// a slave for the thread with threadID "master".
+// ThreadPool::available_slave() tries to find an idle thread which is available
+// as a slave for the thread 'master'.
 
-bool ThreadsManager::available_slave_exists(int master) const {
+Thread* ThreadPool::available_slave(const Thread* master) const {
 
-  assert(master >= 0 && master < activeThreads);
+  for (Thread* th : *this)
+      if (th->available_to(master))
+          return th;
 
-  for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
-      if (i != master && threads[i].is_available_to(master))
-          return true;
-
-  return false;
+  return nullptr;
 }
 
 
-// split() does the actual work of distributing the work at a node between
-// several available threads. If it does not succeed in splitting the
-// node (because no idle threads are available, or because we have no unused
-// split point objects), the function immediately returns. If splitting is
-// possible, a SplitPoint object is initialized with all the data that must be
-// copied to the helper threads and we tell our helper threads that they have
-// been assigned work. This will cause them to instantly leave their idle loops and
-// call search().When all threads have returned from search() then split() returns.
-
-template <bool Fake>
-void ThreadsManager::split(Position& pos, SearchStack* ss, Value* alpha, const Value beta,
-                           Value* bestValue, Depth depth, Move threatMove,
-                           int moveCount, MovePicker* mp, bool pvNode) {
-  assert(pos.is_ok());
-  assert(*bestValue >= -VALUE_INFINITE);
-  assert(*bestValue <= *alpha);
-  assert(*alpha < beta);
-  assert(beta <= VALUE_INFINITE);
-  assert(depth > DEPTH_ZERO);
-  assert(pos.thread() >= 0 && pos.thread() < activeThreads);
-  assert(activeThreads > 1);
-
-  int i, master = pos.thread();
-  Thread& masterThread = threads[master];
-
-  lock_grab(&mpLock);
-
-  // If no other thread is available to help us, or if we have too many
-  // active split points, don't split.
-  if (   !available_slave_exists(master)
-      || masterThread.activeSplitPoints >= MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS)
-  {
-      lock_release(&mpLock);
-      return;
-  }
+// ThreadPool::wait_for_think_finished() waits for main thread to finish the search
 
-  // Pick the next available split point object from the split point stack
-  SplitPoint& splitPoint = masterThread.splitPoints[masterThread.activeSplitPoints++];
-
-  // Initialize the split point object
-  splitPoint.parent = masterThread.splitPoint;
-  splitPoint.master = master;
-  splitPoint.is_betaCutoff = false;
-  splitPoint.depth = depth;
-  splitPoint.threatMove = threatMove;
-  splitPoint.alpha = *alpha;
-  splitPoint.beta = beta;
-  splitPoint.pvNode = pvNode;
-  splitPoint.bestValue = *bestValue;
-  splitPoint.mp = mp;
-  splitPoint.moveCount = moveCount;
-  splitPoint.pos = &pos;
-  splitPoint.nodes = 0;
-  splitPoint.ss = ss;
-  for (i = 0; i < activeThreads; i++)
-      splitPoint.is_slave[i] = false;
-
-  masterThread.splitPoint = &splitPoint;
-
-  // If we are here it means we are not available
-  assert(masterThread.state != Thread::AVAILABLE);
-
-  int workersCnt = 1; // At least the master is included
-
-  // Allocate available threads setting state to THREAD_BOOKED
-  for (i = 0; !Fake && i < activeThreads && workersCnt < maxThreadsPerSplitPoint; i++)
-      if (i != master && threads[i].is_available_to(master))
-      {
-          threads[i].state = Thread::BOOKED;
-          threads[i].splitPoint = &splitPoint;
-          splitPoint.is_slave[i] = true;
-          workersCnt++;
-      }
+void ThreadPool::wait_for_think_finished() {
 
-  assert(Fake || workersCnt > 1);
+  std::unique_lock<std::mutex> lk(main()->mutex);
+  sleepCondition.wait(lk, [&]{ return !main()->thinking; });
+}
 
-  // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
-  lock_release(&mpLock);
 
-  // Tell the threads that they have work to do. This will make them leave
-  // their idle loop.
-  for (i = 0; i < activeThreads; i++)
-      if (i == master || splitPoint.is_slave[i])
-      {
-          assert(i == master || threads[i].state == Thread::BOOKED);
+// ThreadPool::start_thinking() wakes up the main thread sleeping in
+// MainThread::idle_loop() and starts a new search, then returns immediately.
 
-          threads[i].state = Thread::WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
+void ThreadPool::start_thinking(const Position& pos, const LimitsType& limits,
+                                StateStackPtr& states) {
+  wait_for_think_finished();
 
-          if (useSleepingThreads && i != master)
-              threads[i].wake_up();
-      }
+  SearchTime = now(); // As early as possible
 
-  // Everything is set up. The master thread enters the idle loop, from
-  // which it will instantly launch a search, because its state is
-  // THREAD_WORKISWAITING.  We send the split point as a second parameter to the
-  // idle loop, which means that the main thread will return from the idle
-  // loop when all threads have finished their work at this split point.
-  idle_loop(master, &splitPoint);
+  Signals.stopOnPonderhit = Signals.firstRootMove = false;
+  Signals.stop = Signals.failedLowAtRoot = false;
 
-  // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
-  // finished. Update alpha and bestValue, and return.
-  lock_grab(&mpLock);
+  RootMoves.clear();
+  RootPos = pos;
+  Limits = limits;
+  if (states.get()) // If we don't set a new position, preserve current state
+  {
+      SetupStates = std::move(states); // Ownership transfer here
+      assert(!states.get());
+  }
 
-  *alpha = splitPoint.alpha;
-  *bestValue = splitPoint.bestValue;
-  masterThread.activeSplitPoints--;
-  masterThread.splitPoint = splitPoint.parent;
-  pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + splitPoint.nodes);
+  for (const auto& m : MoveList<LEGAL>(pos))
+      if (   limits.searchmoves.empty()
+          || std::count(limits.searchmoves.begin(), limits.searchmoves.end(), m))
+          RootMoves.push_back(RootMove(m));
 
-  lock_release(&mpLock);
+  main()->thinking = true;
+  main()->notify_one(); // Starts main thread
 }
-
-// Explicit template instantiations
-template void ThreadsManager::split<false>(Position&, SearchStack*, Value*, const Value, Value*, Depth, Move, int, MovePicker*, bool);
-template void ThreadsManager::split<true>(Position&, SearchStack*, Value*, const Value, Value*, Depth, Move, int, MovePicker*, bool);