]> git.sesse.net Git - stockfish/blobdiff - src/thread.cpp
Revert "Use a per-thread array"
[stockfish] / src / thread.cpp
index 4ef145781511aacbf61930844dcf5153b8942ba4..7d85db8618ca982059b96466d963e29d3b1b5ba7 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) 2008-2013 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"
 
-ThreadsManager Threads; // Global object definition
+using namespace Search;
 
-namespace { extern "C" {
+ThreadPool Threads; // Global object
+
+namespace {
 
  // start_routine() is the C function which is called when a new thread
- // is launched. It simply calls idle_loop() with the supplied threadID.
- // There are two versions of this function; one for POSIX threads and
- // one for Windows threads.
+ // is launched. It is a wrapper to the virtual function idle_loop().
 
-#if defined(_MSC_VER)
+ extern "C" { long start_routine(ThreadBase* th) { th->idle_loop(); return 0; } }
 
-  DWORD WINAPI start_routine(LPVOID threadID) {
 
-    Threads.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
-    return 0;
-  }
+ // Helpers to launch a thread after creation and joining before delete. Must be
+ // outside Thread c'tor and d'tor because object shall be fully initialized
+ // when start_routine (and hence virtual idle_loop) is called and when joining.
 
-#else
+ template<typename T> T* new_thread() {
+   T* th = new T();
+   thread_create(th->handle, start_routine, th); // Will go to sleep
+   return th;
+ }
 
-  void* start_routine(void* threadID) {
+ void delete_thread(ThreadBase* th) {
+   th->exit = true; // Search must be already finished
+   th->notify_one();
+   thread_join(th->handle); // Wait for thread termination
+   delete th;
+ }
+
+}
 
-    Threads.idle_loop(*(int*)threadID, NULL);
-    return NULL;
-  }
 
-#endif
+// ThreadBase::notify_one() wakes up the thread when there is some work to do
 
-} }
+void ThreadBase::notify_one() {
+
+  mutex.lock();
+  sleepCondition.notify_one();
+  mutex.unlock();
+}
 
 
-// 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.
+// ThreadBase::wait_for() set the thread to sleep until condition 'b' turns true
 
-void Thread::wake_up() {
+void ThreadBase::wait_for(volatile const bool& b) {
 
-  lock_grab(&sleepLock);
-  cond_signal(&sleepCond);
-  lock_release(&sleepLock);
+  mutex.lock();
+  while (!b) sleepCondition.wait(mutex);
+  mutex.unlock();
 }
 
 
-// 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 c'tor just inits data but does not launch any thread of execution that
+// instead will be started only upon c'tor returns.
 
-bool Thread::cutoff_occurred() const {
+Thread::Thread() /* : splitPoints() */ { // Value-initialization bug in MSVC
 
-  for (SplitPoint* sp = splitPoint; sp; sp = sp->parent)
-      if (sp->is_betaCutoff)
-          return true;
-  return false;
+  searching = false;
+  maxPly = splitPointsSize = 0;
+  activeSplitPoint = NULL;
+  activePosition = NULL;
+  idx = Threads.size();
 }
 
 
-// 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).
+// TimerThread::idle_loop() is where the timer thread waits msec milliseconds
+// and then calls check_time(). If msec is 0 thread sleeps until is woken up.
+extern void check_time();
 
-bool Thread::is_available_to(int master) const {
+void TimerThread::idle_loop() {
 
-  if (state != AVAILABLE)
-      return false;
+  while (!exit)
+  {
+      mutex.lock();
 
-  // 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;
+      if (!exit)
+          sleepCondition.wait_for(mutex, msec ? msec : INT_MAX);
 
-  // No active 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;
+      mutex.unlock();
 
-  return false;
+      if (msec)
+          check_time();
+  }
 }
 
 
-// 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.
+// MainThread::idle_loop() is where the main thread is parked waiting to be started
+// when there is a new search. Main thread will launch all the slave threads.
 
-void ThreadsManager::read_uci_options() {
+void MainThread::idle_loop() {
 
-  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>();
-}
+  while (true)
+  {
+      mutex.lock();
 
+      thinking = false;
 
-// init() is called during startup. Initializes locks and condition variables
-// and launches all threads sending them immediately to sleep.
+      while (!thinking && !exit)
+      {
+          Threads.sleepCondition.notify_one(); // Wake up UI thread if needed
+          sleepCondition.wait(mutex);
+      }
 
-void ThreadsManager::init() {
+      mutex.unlock();
 
-  int threadID[MAX_THREADS];
+      if (exit)
+          return;
 
-  // This flag is needed to properly end the threads when program exits
-  allThreadsShouldExit = false;
+      searching = true;
 
-  // Threads will sent to sleep as soon as created, only main thread is kept alive
-  activeThreads = 1;
-  threads[0].state = Thread::SEARCHING;
+      Search::think();
 
-  // Allocate pawn and material hash tables for main thread
-  init_hash_tables();
+      assert(searching);
 
-  lock_init(&mpLock);
+      searching = false;
+  }
+}
 
-  // Initialize thread and split point locks
-  for (int i = 0; i < MAX_THREADS; i++)
-  {
-      lock_init(&threads[i].sleepLock);
-      cond_init(&threads[i].sleepCond);
 
-      for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
-          lock_init(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
-  }
+// Thread::cutoff_occurred() checks whether a beta cutoff has occurred in the
+// current active split point, or in some ancestor of the split point.
 
-  // 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;
-      threadID[i] = i;
-
-#if defined(_MSC_VER)
-      bool ok = (CreateThread(NULL, 0, start_routine, (LPVOID)&threadID[i], 0, NULL) != NULL);
-#else
-      pthread_t pthreadID;
-      bool ok = (pthread_create(&pthreadID, NULL, start_routine, (void*)&threadID[i]) == 0);
-      pthread_detach(pthreadID);
-#endif
-      if (!ok)
-      {
-          std::cout << "Failed to create thread number " << i << std::endl;
-          ::exit(EXIT_FAILURE);
-      }
+bool Thread::cutoff_occurred() const {
 
-      // Wait until the thread has finished launching and is gone to sleep
-      while (threads[i].state == Thread::INITIALIZING) {}
-  }
+  for (SplitPoint* sp = activeSplitPoint; sp; sp = sp->parentSplitPoint)
+      if (sp->cutoff)
+          return true;
+
+  return false;
 }
 
 
-// exit() is called to cleanly exit the threads when the program finishes
+// Thread::is_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 slaves split point
+// stack (the "helpful master concept" in YBWC terminology).
 
-void ThreadsManager::exit() {
+bool Thread::is_available_to(const Thread* master) const {
 
-  // Force the woken up threads to exit idle_loop() and hence terminate
-  allThreadsShouldExit = true;
+  if (searching)
+      return false;
 
-  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) {}
-      }
+  // 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 size = splitPointsSize;
 
-      // Now we can safely destroy the locks and wait conditions
-      lock_destroy(&threads[i].sleepLock);
-      cond_destroy(&threads[i].sleepCond);
+  // No split points means that the thread is available as a slave for any
+  // other thread otherwise apply the "helpful master" concept if possible.
+  return !size || (splitPoints[size - 1].slavesMask & (1ULL << master->idx));
+}
 
-      for (int j = 0; j < MAX_ACTIVE_SPLIT_POINTS; j++)
-          lock_destroy(&(threads[i].splitPoints[j].lock));
-  }
 
-  lock_destroy(&mpLock);
+// init() is called at startup to create and launch requested threads, that will
+// go immediately to sleep due to 'sleepWhileIdle' set to true. We cannot use
+// a c'tor becuase 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 ThreadPool::init() {
+
+  sleepWhileIdle = true;
+  timer = new_thread<TimerThread>();
+  push_back(new_thread<MainThread>());
+  read_uci_options();
 }
 
 
-// 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.
+// exit() cleanly terminates the threads before the program exits
+
+void ThreadPool::exit() {
+
+  delete_thread(timer); // As first because check_time() accesses threads data
+
+  for (iterator it = begin(); it != end(); ++it)
+      delete_thread(*it);
+}
+
 
-void ThreadsManager::init_hash_tables() {
+// 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 in advance all possible
+// threads, with included pawns and material tables, if only few are used.
 
-  for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
+void ThreadPool::read_uci_options() {
+
+  maxThreadsPerSplitPoint = Options["Max Threads per Split Point"];
+  minimumSplitDepth       = Options["Min Split Depth"] * ONE_PLY;
+  size_t requested        = Options["Threads"];
+
+  assert(requested > 0);
+
+  // Value 0 has a special meaning: We determine the optimal minimum split depth
+  // automatically. Anyhow the minimumSplitDepth should never be under 4 plies.
+  if (!minimumSplitDepth)
+      minimumSplitDepth = (requested < 8 ? 4 : 7) * ONE_PLY;
+  else
+      minimumSplitDepth = std::max(4 * ONE_PLY, minimumSplitDepth);
+
+  while (size() < requested)
+      push_back(new_thread<Thread>());
+
+  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".
+// slave_available() 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 (const_iterator it = begin(); it != end(); ++it)
+      if ((*it)->is_available_to(master))
+          return *it;
 
-  for (int i = 0; i < activeThreads; i++)
-      if (i != master && threads[i].is_available_to(master))
-          return true;
-
-  return false;
+  return NULL;
 }
 
 
 // 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.
+// 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
+// told 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, int nodeType) {
-  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)
+void Thread::split(Position& pos, const Stack* ss, Value alpha, Value beta, Value* bestValue,
+                   Move* bestMove, Depth depth, Move threatMove, int moveCount,
+                   MovePicker* movePicker, int nodeType, bool cutNode) {
+
+  assert(pos.pos_is_ok());
+  assert(*bestValue <= alpha && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
+  assert(*bestValue > -VALUE_INFINITE);
+  assert(depth >= Threads.minimumSplitDepth);
+  assert(searching);
+  assert(splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD);
+
+  // Pick the next available split point from the split point stack
+  SplitPoint& sp = splitPoints[splitPointsSize];
+
+  sp.masterThread = this;
+  sp.parentSplitPoint = activeSplitPoint;
+  sp.slavesMask = 1ULL << idx;
+  sp.depth = depth;
+  sp.bestValue = *bestValue;
+  sp.bestMove = *bestMove;
+  sp.threatMove = threatMove;
+  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.mutex.lock();
+  sp.mutex.lock();
+
+  splitPointsSize++;
+  activeSplitPoint = &sp;
+  activePosition = NULL;
+
+  size_t slavesCnt = 1; // This thread is always included
+  Thread* slave;
+
+  while (    (slave = Threads.available_slave(this)) != NULL
+         && ++slavesCnt <= Threads.maxThreadsPerSplitPoint && !Fake)
   {
-      lock_release(&mpLock);
-      return;
+      sp.slavesMask |= 1ULL << slave->idx;
+      slave->activeSplitPoint = &sp;
+      slave->searching = true; // Slave leaves idle_loop()
+      slave->notify_one(); // Could be sleeping
   }
 
-  // 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.nodeType = nodeType;
-  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++;
-      }
+  // 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.
+  if (slavesCnt > 1 || Fake)
+  {
+      sp.mutex.unlock();
+      Threads.mutex.unlock();
 
-  assert(Fake || workersCnt > 1);
+      Thread::idle_loop(); // Force a call to base class idle_loop()
 
-  // We can release the lock because slave threads are already booked and master is not available
-  lock_release(&mpLock);
+      // In helpful master concept a master can help only a sub-tree of its split
+      // point, and because here is all finished is not possible master is booked.
+      assert(!searching);
+      assert(!activePosition);
 
-  // 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);
+      // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
+      // finished. Note that setting 'searching' and decreasing splitPointsSize is
+      // done under lock protection to avoid a race with Thread::is_available_to().
+      Threads.mutex.lock();
+      sp.mutex.lock();
+  }
 
-          threads[i].state = Thread::WORKISWAITING; // This makes the slave to exit from idle_loop()
+  searching = true;
+  splitPointsSize--;
+  activeSplitPoint = sp.parentSplitPoint;
+  activePosition = &pos;
+  pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + sp.nodes);
+  *bestMove = sp.bestMove;
+  *bestValue = sp.bestValue;
 
-          if (useSleepingThreads && i != master)
-              threads[i].wake_up();
-      }
+  sp.mutex.unlock();
+  Threads.mutex.unlock();
+}
+
+// Explicit template instantiations
+template void Thread::split<false>(Position&, const Stack*, Value, Value, Value*, Move*, Depth, Move, int, MovePicker*, int, bool);
+template void Thread::split< true>(Position&, const Stack*, Value, Value, Value*, Move*, Depth, Move, int, MovePicker*, int, bool);
 
-  // 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);
 
-  // We have returned from the idle loop, which means that all threads are
-  // finished. Update alpha and bestValue, and return.
-  lock_grab(&mpLock);
+// wait_for_think_finished() waits for main thread to go to sleep then returns
 
-  *alpha = splitPoint.alpha;
-  *bestValue = splitPoint.bestValue;
-  masterThread.activeSplitPoints--;
-  masterThread.splitPoint = splitPoint.parent;
-  pos.set_nodes_searched(pos.nodes_searched() + splitPoint.nodes);
+void ThreadPool::wait_for_think_finished() {
 
-  lock_release(&mpLock);
+  MainThread* t = main();
+  t->mutex.lock();
+  while (t->thinking) sleepCondition.wait(t->mutex);
+  t->mutex.unlock();
 }
 
-// Explicit template instantiations
-template void ThreadsManager::split<false>(Position&, SearchStack*, Value*, const Value, Value*, Depth, Move, int, MovePicker*, int);
-template void ThreadsManager::split<true>(Position&, SearchStack*, Value*, const Value, Value*, Depth, Move, int, MovePicker*, int);
+
+// start_thinking() wakes up the main thread sleeping in MainThread::idle_loop()
+// so to start a new search, then returns immediately.
+
+void ThreadPool::start_thinking(const Position& pos, const LimitsType& limits,
+                                const std::vector<Move>& searchMoves, StateStackPtr& states) {
+  wait_for_think_finished();
+
+  SearchTime = Time::now(); // As early as possible
+
+  Signals.stopOnPonderhit = Signals.firstRootMove = false;
+  Signals.stop = Signals.failedLowAtRoot = false;
+
+  RootMoves.clear();
+  RootPos = pos;
+  Limits = limits;
+  if (states.get()) // If we don't set a new position, preserve current state
+  {
+      SetupStates = states; // Ownership transfer here
+      assert(!states.get());
+  }
+
+  for (MoveList<LEGAL> it(pos); *it; ++it)
+      if (   searchMoves.empty()
+          || std::count(searchMoves.begin(), searchMoves.end(), *it))
+          RootMoves.push_back(RootMove(*it));
+
+  main()->thinking = true;
+  main()->notify_one(); // Starts main thread
+}