Ruby_1.9.3_GVLおよびロックの改善.pdf

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1. Ruby 1.9.3 GVLおよびロックの改善 Ruby 1.9.3 GVLおよびロックの改善 Fujitsu 小崎資広 Fujitsu 小崎資広
2. Who am I? Who am I?
3. •新人コミッタ •主にスレッドとかIOとかOS依存っぽいあたり をいじっている •usaさんと棍棒 •新人コミッタ •主にスレッドとかIOとかOS依存っぽいあたり をいじっている •usaさんと棍棒
4. お昼のしごと お昼のしごと at Linux Kernel Summit 2010
5. Shyouhei commiter ranking Shyouhei commiter ranking me! パチモン ark & yugui narse
6. 一番有名なコミット 一番有名なコミット
7. それはさておき それはさておき
8. 今日はロックとGVLの話 をします 今日はロックとGVLの話 をします
9. What’s GVL What’s GVL • Global(or Giant) VM Lock • あらゆる処理を単一のロックで保護 • 実装が簡単。multi thread issueの多くをRuby scriptから隠 蔽できる。などの利点 • 一方システムが複数のCPUを持つときにスケールしない 元凶でもある • Pythonも同様のしくみ • Global(or Giant) VM Lock • あらゆる処理を単一のロックで保護 • 実装が簡単。multi thread issueの多くをRuby scriptから隠 蔽できる。などの利点 • 一方システムが複数のCPUを持つときにスケールしない 元凶でもある • Pythonも同様のしくみ
10. What’s GVL (cont.) What’s GVL (cont.) •GVLを持っているスレッドだけが走行できる •よって、GVL実装がマルチスレッドプログラ ムの挙動を決める •OSのスケジューラと悩みが似ていて面白い •GVLを持っているスレッドだけが走行できる •よって、GVL実装がマルチスレッドプログラ ムの挙動を決める •OSのスケジューラと悩みが似ていて面白い
11. モチベーション モチベーション f = false Thread.new { ....; f = true } Thread.pass until f f = false Thread.new { ....; f = true } Thread.pass until f •1.9.2でハングする（かもしれ ない）スクリプト例 •特にLinux •従来の実装は最近のCPUと相性 がよくなかった •1.9.2でハングする（かもしれ ない）スクリプト例 •特にLinux •従来の実装は最近のCPUと相性 がよくなかった
12. 1.9.2のGVL design 1.9.2のGVL design • Lockといいつつ、基本的にはずっと保持しっぱなし。 waitする可能性のあるシステムコール(e.g. write)を呼ぶと きだけ離す • lock, unlockはコストが高い操作なので出来る限り回数を 減らしたい。メソッド呼び出しのたびにロック取得開放 なんてバカバカしい。Python, QEMU, 昔のLinuxも似たよ うなもの • GVL acquire/releaseの実態はただの pthread_mutex_{lock,unlock} • Lockといいつつ、基本的にはずっと保持しっぱなし。 waitする可能性のあるシステムコール(e.g. write)を呼ぶと きだけ離す • lock, unlockはコストが高い操作なので出来る限り回数を 減らしたい。メソッド呼び出しのたびにロック取得開放 なんてバカバカしい。Python, QEMU, 昔のLinuxも似たよ うなもの • GVL acquire/releaseの実態はただの pthread_mutex_{lock,unlock}
13. 1.9.2のGVL design (cont.) 1.9.2のGVL design (cont.) •それだけではビジーループ時にまったくスレ ッドスイッチしなくなって悲しい •そこでタイマースレッド。10msに一回 「GVL を開放してください」フラグをONにしてた •それだけではビジーループ時にまったくスレ ッドスイッチしなくなって悲しい •そこでタイマースレッド。10msに一回 「GVL を開放してください」フラグをONにしてた
14. 1.9.2のGVL design (cont.) 1.9.2のGVL design (cont.) if (th->interrupt_flag) { gvl_release(); sched_yield(); gvl_acquire(); } if (th->interrupt_flag) { gvl_release(); sched_yield(); gvl_acquire(); } •フラグがONされると右の 擬似コードのような処理 を行っていた •フラグがONされると右の 擬似コードのような処理 を行っていた
15. 動かないコード例 動かないコード例 •右は別のOSSで実際にトラ ブル(ハング)に発展したコ ードの抜粋 •なぜ？ •thread1が常にlockを取っ てしまうのでhoge=1は実 行されない •右は別のOSSで実際にトラ ブル(ハング)に発展したコ ードの抜粋 •なぜ？ •thread1が常にlockを取っ てしまうのでhoge=1は実 行されない while (true) { lock(); if (hoge) { unlock(); break; } unlock(); rep_nop(); } lock(); hoge = 1; unlock(); thread1 thread2
16. Why? Why?
17. 最近のCPU 最近のCPU Memory1にアクセスするのはCPU１の方が速い だって近いもん よってrace発生時の勝率は五分五分ではない memory 1 cor e cor e cor e cor e cpu1 cor e cor e cor e cor e cpu2 memory 2 おせー
18. if (th->interrupt_flag) { gvl_release(); sched_yield(); gvl_acquire(); } if (th->interrupt_flag) { gvl_release(); sched_yield(); gvl_acquire(); } •gvl_release()とgvl_acquire()の間にsched_yield()あ るじゃん。こいつは何をするものなんだぜ？ •なぜsched_yield()は、ちゃんとyieldしてくれない のか ちょっと戻って ちょっと戻って
19. sched_yield sched_yield •Unix でもっとも誤解されてるAPIのひとつ •超訳：スレッドの実行順を管理するリストの先頭にくるまで プロセッサを手放すよん •Unix でもっとも誤解されてるAPIのひとつ •超訳：スレッドの実行順を管理するリストの先頭にくるまで プロセッサを手放すよん http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/sc hed_yield.html int sched_yield(void); • The sched_yield() function shall force the running thread to relinquish the processor until it again becomes the head of its thread list.
20. 昔のスケジューラ 昔のスケジューラ cor e Thread Thread Thread たった１つの 実行待ちキュー Thread cor e Thread cor e Thread
21. 現代のス(ry 現代のス(ry cor e Thread Thread cor e Thread cor e Thread Thread Thread CPUの数だけ実行待ちキ ュー Thread
22. ありがちなこと ありがちなこと cor e Thread Ruby Thread１ cor e Thread Ruby Thread２ Yield!
23. ありがちなこと ありがちなこと cor e Thread Ruby Thread１ cor e Thread Ruby Thread２ おいら結局順番 まわってこなか った。ショボー ン thread listのheadに きたぞー
24. ありがちなこと ありがちなこと cor e Thread Ruby Thread１ cor e Thread Ruby Thread２ POSIX「くくく、譲る、譲るとはいったがお前に譲る と約束した覚えはない！」
25. CFS yield問題 CFS yield問題 •LinuxではRHEL5世代とRHEL6世代でスケジューラが違う •RHEL6世代のスケジューラ(CFS)はsched_yieldを無視する (RHEL5と同等動作にするknobはある） •なぜってJavaがクレイジーだから •Linux upstreamでは上記knobも消えてるので、結局１CPU でもなんらかの対策が必要 •LinuxではRHEL5世代とRHEL6世代でスケジューラが違う •RHEL6世代のスケジューラ(CFS)はsched_yieldを無視する (RHEL5と同等動作にするknobはある） •なぜってJavaがクレイジーだから •Linux upstreamでは上記knobも消えてるので、結局１CPU でもなんらかの対策が必要
26. ここまでのまとめ ここまでのまとめ •1.9.2はシンプルな実装 •最近のCPUやカーネルと相性が悪い。くすん •我々はfairnessを担保する仕組みが必要だ •1.9.2はシンプルな実装 •最近のCPUやカーネルと相性が悪い。くすん •我々はfairnessを担保する仕組みが必要だ
27. アイデア アイデア gvl_acquire mutex_lock(&lock->lock) cond_wait(&lock->wait) lock->acquired = 1; // ロックとったよと通知 cond_signal(&lock->switch_cond) mutex_unlock(&lock->lock) mutex_lock(&lock->lock) lock->acquired = 0; cond_signal(&lock->wait_cond) // ロック取るまで寝る cond_wait(&lock->switch_cond) mutex_unlock(&lock->lock) gvl_release •ならば無理やりfairnessにしてやろう •同一スレッドが二回連続GVLを取れなくしてみる •ならば無理やりfairnessにしてやろう •同一スレッドが二回連続GVLを取れなくしてみる
28. 結果 結果 1byteずつ書くスレッドと1byte ずつ読むスレッド。 小IO多発 = GVL switch多発 before: 1.26 after: 2.49 1byteずつ書くスレッドと1byte ずつ読むスレッド。 小IO多発 = GVL switch多発 before: 1.26 after: 2.49 lmax = 100_000 r, w = IO.pipe [Thread.new{ lmax.times{ w.write('a') } p "w:exit" }, Thread.new{ lmax.times{ r.read(1) } p "r:exit" vm_thread_pipe
30. •fairness論理は遅い。いつも遅い •我々はunfairnessを担保する仕組みが必要だ •Linuxのスケジューラは最小走行時間保証を 入れた •我々はどうするべきか？ •fairness論理は遅い。いつも遅い •我々はunfairnessを担保する仕組みが必要だ •Linuxのスケジューラは最小走行時間保証を 入れた •我々はどうするべきか？ 考察 考察
31. 1.9.3のデザイン 1.9.3のデザイン •1.9.3ではIO時のGVL releaseと、タイマースレッド経由の GVL releaseを分けた •IO等からの自発的GVLは1.9.2と同じ。小IOではGVLが switchしないこともある •タイマースレッド経由、つまりスレッドが長時間走行し すぎと判定された場合のGVL releaseは強制switchあり。絶 対自分がもう一度GVLを取らないよう寝る •手抜きだけどだいたい動く •1.9.3ではIO時のGVL releaseと、タイマースレッド経由の GVL releaseを分けた •IO等からの自発的GVLは1.9.2と同じ。小IOではGVLが switchしないこともある •タイマースレッド経由、つまりスレッドが長時間走行し すぎと判定された場合のGVL releaseは強制switchあり。絶 対自分がもう一度GVLを取らないよう寝る •手抜きだけどだいたい動く
32. 性能 性能 0 0.5 1 1.5 2 2.5 create_join mutex2 pass_flood 1.9.2 1.9.3
33. 考察 考察 •だいたい1.9.2よりも悪化する •コードが増えると遅くなる。の法則 •ワーストケースで二倍おそい そんなスクリプト書くな、というコミッタか らのメッセージ（ぉ •ベストケースは •だいたい1.9.2よりも悪化する •コードが増えると遅くなる。の法則 •ワーストケースで二倍おそい そんなスクリプト書くな、というコミッタか らのメッセージ（ぉ •ベストケースは
34. 1.9.2: 3245.6秒 (~ 1H) 1.9.3: 4.4秒 1.9.2: 3245.6秒 (~ 1H) 1.9.3: 4.4秒 vm_thread_mutex3 vm_thread_mutex3
35. 圧倒的じゃないか 我が軍は！！ 圧倒的じゃないか 我が軍は！！
36. 今日おぼえて帰ってほしいこと 今日おぼえて帰ってほしいこと • 現代的なCPUはメモリアクセス速度が均一じゃない • GVLとイマドキのCPUは大変相性が悪い • みなさんが気持よくRubyが書けるように中の人は一生懸 命魔法をかけてます • 現代的なCPUはメモリアクセス速度が均一じゃない • GVLとイマドキのCPUは大変相性が悪い • みなさんが気持よくRubyが書けるように中の人は一生懸 命魔法をかけてます
37. Question? Question?