Deadlock in ThreadPool

Question

Non riuscivo a trovare un decente ThreadPool attuazione per Ruby, così ho scritto al mio (in parte basata su codice da qui: http://web.archive.org/web/20081204101031/http://snippets.dzone.com:80/posts/show/3276 ma è cambiato attendere il segnale e altre attuazione per ThreadPool arresto.Tuttavia dopo qualche tempo di esecuzione (100 thread e la movimentazione di circa 1300 compiti), muore con deadlock, linea 25 - l'attesa per un nuovo lavoro.Tutte le idee, perché potrebbe accadere?

require 'thread'
begin
  require 'fastthread'
rescue LoadError
  $stderr.puts "Using the ruby-core thread implementation"
end 

class ThreadPool
  class Worker
    def initialize(callback)
      @mutex = Mutex.new
      @cv = ConditionVariable.new
      @callback = callback
      @mutex.synchronize {@running = true}
      @thread = Thread.new do
        while @mutex.synchronize {@running}
          block = get_block
          if block
            block.call
            reset_block
            # Signal the ThreadPool that this worker is ready for another job
            @callback.signal
          else
            # Wait for a new job
            @mutex.synchronize {@cv.wait(@mutex)} # <=== Is this line 25?
          end
        end
      end
    end

    def name
      @thread.inspect
    end

    def get_block
      @mutex.synchronize {@block}
    end

    def set_block(block)
      @mutex.synchronize do
        raise RuntimeError, "Thread already busy." if @block
        @block = block
        # Signal the thread in this class, that there's a job to be done
        @cv.signal
      end
    end

    def reset_block
      @mutex.synchronize {@block = nil}
    end

    def busy?
      @mutex.synchronize {!@block.nil?}
    end

    def stop
      @mutex.synchronize {@running = false}
      # Signal the thread not to wait for a new job
      @cv.signal
      @thread.join
    end
  end

  attr_accessor :max_size

  def initialize(max_size = 10)
    @max_size = max_size
    @workers = []
    @mutex = Mutex.new
    @cv = ConditionVariable.new
  end

  def size
    @mutex.synchronize {@workers.size}
  end

  def busy?
    @mutex.synchronize {@workers.any? {|w| w.busy?}}
  end

  def shutdown
    @mutex.synchronize {@workers.each {|w| w.stop}}
  end
  alias :join :shutdown

  def process(block=nil,&blk)
    block = blk if block_given?
    while true
      @mutex.synchronize do
         worker = get_worker 
         if worker
           return worker.set_block(block)
         else
           # Wait for a free worker
           @cv.wait(@mutex)
         end
      end
    end
  end

  # Used by workers to report ready status
  def signal
    @cv.signal
  end

  private
  def get_worker
    free_worker || create_worker
  end

  def free_worker
    @workers.each {|w| return w unless w.busy?}; nil
  end

  def create_worker
    return nil if @workers.size >= @max_size
    worker = Worker.new(self)
    @workers << worker
    worker
  end
end

Answer 1

Ok, quindi il problema principale con l'implementazione è:come per assicurarsi che non si perde il segnale ed evitare blocca morti ?

Nella mia esperienza, questo è VERAMENTE difficile da raggiungere con le variabili di condizione e mutex, ma facile con i semafori.Accade così che ruby implementare un oggetto chiamato Coda (o SizedQueue) che dovrebbe risolvere il problema.Ecco la mia proposta di attuazione:

require 'thread'
begin
  require 'fasttread'
rescue LoadError
  $stderr.puts "Using the ruby-core thread implementation"
end

class ThreadPool
  class Worker
    def initialize(thread_queue)
      @mutex = Mutex.new
      @cv = ConditionVariable.new
      @queue = thread_queue
      @running = true
      @thread = Thread.new do
        @mutex.synchronize do
          while @running
            @cv.wait(@mutex)
            block = get_block
            if block
              @mutex.unlock
              block.call
              @mutex.lock
              reset_block
            end
            @queue << self
          end
        end
      end
    end

    def name
      @thread.inspect
    end

    def get_block
      @block
    end

    def set_block(block)
      @mutex.synchronize do
        raise RuntimeError, "Thread already busy." if @block
        @block = block
        # Signal the thread in this class, that there's a job to be done
        @cv.signal
      end
    end

    def reset_block
      @block = nil
    end

    def busy?
      @mutex.synchronize { !@block.nil? }
    end

    def stop
      @mutex.synchronize do
        @running = false
        @cv.signal
      end
      @thread.join
    end
  end

  attr_accessor :max_size

  def initialize(max_size = 10)
    @max_size = max_size
    @queue = Queue.new
    @workers = []
  end

  def size
    @workers.size
  end

  def busy?
    @queue.size < @workers.size
  end

  def shutdown
    @workers.each { |w| w.stop }
    @workers = []
  end

  alias :join :shutdown

  def process(block=nil,&blk)
    block = blk if block_given?
    worker = get_worker
    worker.set_block(block)
  end

  private

  def get_worker
    if !@queue.empty? or @workers.size == @max_size
      return @queue.pop
    else
      worker = Worker.new(@queue)
      @workers << worker
      worker
    end
  end

end

E qui è un test semplice codice:

tp = ThreadPool.new 500
(1..1000).each { |i| tp.process { (2..10).inject(1) { |memo,val| sleep(0.1); memo*val }; print "Computation #{i} done. Nb of tasks: #{tp.size}\n" } }
tp.shutdown

Answer 2

Si può provare il work_queue gemma, progettato per coordinare il lavoro tra un produttore e un pool di thread di lavoro.

Answer 3

Sono un po ' prevenuto qui, ma vorrei suggerire di modellazione, in qualche processo di lingua e modello di controllo.Liberamente strumenti disponibili sono, per esempio, il mCRL2 set di strumenti (utilizzando un ACP-based language), la Mobilità area di lavoro (pi-calcolo) e di Spin (PROMELA).

Altrimenti vorrei suggerire la rimozione di ogni bit di codice che non è essenziale per il problema e trovare un minimo caso in cui il deadlock si verifica.Dubito che il 100 thread e 1300 compiti essenziali per ottenere una situazione di stallo.Con un più piccolo caso probabilmente si può solo aggiungere un po ' di stampe di debug, che fornisce informazioni sufficienti risolvi il problema.

Answer 4

Ok, il problema sembra essere nel tuo ThreadPool#metodo del segnale.Quello che può succedere è:

1 - il lavoratore è occupato e si tenta di elaborare un nuovo lavoro

2 - la linea 90 ottiene un nil lavoratore

3 - un operaio di averlo liberato e segnali, ma il segnale è perso come il ThreadPool non è in attesa per

4 - è caduta sulla linea 95, in attesa che anche se c'è un lavoratore libero.

L'errore qui è che si può segnalare un lavoratore libero anche quando nessuno è in ascolto.Questo ThreadPool#metodo del segnale dovrebbe essere:

def signal
     @mutex.synchronize { @cv.signal }
end

E il problema è lo stesso del Lavoratore oggetto.Quello che potrebbe accadere è:

1 - Il Lavoratore appena terminato un lavoro

2 - verifica (linea 17) se c'è un lavoro di attesa:non c'è

3 - Il pool di thread inviare un nuovo lavoro e segnali ...ma il segnale è perso

4 - Il lavoratore attendere un segnale, anche se è segnato come occupato

Si dovrebbe mettere il vostro metodo di inizializzazione come:

def initialize(callback)
  @mutex = Mutex.new
  @cv = ConditionVariable.new
  @callback = callback
  @mutex.synchronize {@running = true}
  @thread = Thread.new do
    @mutex.synchronize do
      while @running
        block = get_block
        if block
          @mutex.unlock
          block.call
          @mutex.lock
          reset_block
          # Signal the ThreadPool that this worker is ready for another job
          @callback.signal
        else
          # Wait for a new job
          @cv.wait(@mutex)
        end
      end
    end
  end
end

A quel punto, il Lavoratore#get_block e Operaio#reset_block metodi non devono essere sincronizzati più.In questo modo, si può avere un blocco assegnato al lavoratore tra il test per un blocco e l'attesa di un segnale.

Answer 5

Top commenter codice ha aiutato così tanto nel corso degli anni.Qui viene aggiornato per ruby 2.x e migliorata, con un filo di identificazione.Come è che un miglioramento?Quando ogni thread ha un ID, è possibile comporre ThreadPool con un array che memorizza informazioni arbitrarie.Alcune idee:

• Nessun array:tipico ThreadPool di utilizzo.Anche con il GIL rende filettatura morto facile da codice e molto utile per l'alta latenza applicazioni come ad alto volume di web crawling,
• ThreadPool e Array di dimensioni per numero di Cpu:facile forcella processi per utilizzare tutte le Cpu,
• ThreadPool e Array di dimensioni per numero di risorse:ad esempio, ogni elemento della matrice rappresenta un processore attraverso un pool di istanze, quindi se hai 10 istanze, ciascuna con 4 Cpu, il TP grado di gestire il lavoro in 40 sottoprocessi.

Con questi ultimi due, piuttosto che pensare thread a fare il lavoro di pensare ThreadPool gestione sottoprocessi che stanno facendo il lavoro.L'attività di gestione è leggero e, quando combinato con i sottoprocessi, chi se ne frega della GIL.

Con questa classe, è possibile scrivere il codice di un cluster basato MapReduce in circa un centinaio di righe di codice!Questo codice è splendidamente breve anche se può essere un po ' di mente-piegare completamente il grok.Speranza che aiuta.

# Usage:
#
#   Thread.abort_on_exception = true # help localize errors while debugging
#   pool = ThreadPool.new(thread_pool_size)
#   50.times {|i|
#     pool.process { ... }
#     or
#     pool.process {|id| ... } # worker identifies itself as id
#   }
#   pool.shutdown()

class ThreadPool

  require 'thread'

  class ThreadPoolWorker

    attr_accessor :id

    def initialize(thread_queue, id)
      @id = id # worker id is exposed thru tp.process {|id| ... }
      @mutex = Mutex.new
      @cv = ConditionVariable.new
      @idle_queue = thread_queue
      @running = true
      @block = nil
      @thread = Thread.new {
        @mutex.synchronize {
          while @running
            @cv.wait(@mutex) # block until there is work to do
            if @block
              @mutex.unlock
              begin
                @block.call(@id)
              ensure
                @mutex.lock
              end
              @block = nil
            end
            @idle_queue << self
          end
        }
      }
    end

    def set_block(block)
      @mutex.synchronize {
        raise RuntimeError, "Thread is busy." if @block
        @block = block
        @cv.signal # notify thread in this class, there is work to be done
      }
    end

    def busy?
      @mutex.synchronize { ! @block.nil? }
    end

    def stop
      @mutex.synchronize {
        @running = false
        @cv.signal
      }
      @thread.join
    end

    def name
      @thread.inspect
    end
  end


  attr_accessor :max_size, :queue

  def initialize(max_size = 10)
    @process_mutex = Mutex.new
    @max_size = max_size
    @queue = Queue.new # of idle workers
    @workers = []      # array to hold workers

    # construct workers
    @max_size.times {|i| @workers << ThreadPoolWorker.new(@queue, i) }

    # queue up workers (workers in queue are idle and available to
    # work).  queue blocks if no workers are available.
    @max_size.times {|i| @queue << @workers[i] }

    sleep 1 # important to give threads a chance to initialize
  end

  def size
    @workers.size
  end

  def idle
    @queue.size
  end

  # are any threads idle

  def busy?
    # @queue.size < @workers.size
    @queue.size == 0 && @workers.size == @max_size
  end

  # block until all threads finish

  def shutdown
    @workers.each {|w| w.stop }
    @workers = []
  end

  alias :join :shutdown

  def process(block = nil, &blk)
    @process_mutex.synchronize {
      block = blk if block_given?
      worker = @queue.pop # assign to next worker; block until one is ready
      worker.set_block(block) # give code block to worker and tell it to start
    }
  end


end