异构计算关键技术之多线程技术（四）

异构计算关键技术之多线程技术（四）

最近遇到了一个项目，需要写一个用户态的测试程序（独立进程），用来测试FPGA PCIe DMA的性能，具体的要求如下：

1. 需要一个主线程，用来配置FPGA的寄存器，同时启动从线程；2. 如果不进行人为干涉，子线程一直进行FPGA的相关操作，比如下发trigger信号、配置burst次数、数据长度；3. 进行人为干涉，子线程退出，并返回子线程执行的一些信息，提供给主线程做统计和计算信息；

下面我们直接给出相关的核心代码，结合线程的理论进行分析：

...
...static int run = 0;
static int round = 0;...typedef struct _param
{struct util_mem *util;int burst;int len;
}param;void *
recv_perf(void *data)
{...cpu_set_t mask;CPU_ZERO(&mask);CPU_SET(14, &mask);sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask);.../* len and burst*/reg_write(..., addr, (p->len&0x0000ffff)|((p->burst&0x0000ffff)<<16)));...while(run) {/* trigger */reg_write(..., addr, &rdata);while(times < p->burst) {data_size = recv(...,...,...);if (data_size == xxx) {...times++;}}times = 0;cnt++;}round = cnt * p->burst;pthread_exit(0);
}int main(int argc, char **argv)
{...pthread_t tid;ret = start(...);ret = pthread_create(&tid, NULL, recv_perf, &data);if (ret < 0) {}else {}pthread_detach(tid);while(1) {ch = getchar();if (ch = 's') {run = 0;...break;}}...avg = (float)recv_total/round;...
}

一、代码设计分析

这段代码非常实用，整体思想如下：

  • 主线程main函数，首先做了FPGA系统的一些初始化功能，然后起了一个从线程recv_perf();

  • 从线程主要是根据传递的参数发送给FPGA，让FPGA一直做DMA操作；

  • 主从线程分离detach();

  • 主线程while(1)循环，用来控制从线程的结束，同时通过全局变量进行传递参数；

  • 最后计算FPGA的统计信息；

在这里插入图片描述

二、C++多线程编程知识点归纳

1. 主线程和子线程的区别

我们先看看线程是如何创建起来的：

进程仅仅是一个容器，包含了线程运行中所需要的数据结构等信息。一个进程创建时，操作系统会创建一个线程，这就是主线程。而其他的从线程，却要主线程的代码来创建，也就是由程序员来创建。

主线程：

main（）函数均视为主线程，除了“不包含在thread里面的程序”，均视为主线程；

子线程：

包含在thread = new thread（）里面均视为子线程；

main函数：

main()函数作为入口开始运行，是一个进程，同时也是一个线程。在现在的操作系统中，都是多线程的。

2. 线程的创建与参数传递

这个实例中，我们需要做一个子线程，用来一直执行FPGA的操作，同时我们需要传递FPGA的配置参数，下发给FPGA寄存器空间。

linux下的多线程程序，需要使用pthread.h，链接时需要使用libthread.a。

线程的创建需要通过pthread_create来完成，声明如下：

#include <pthread.h>int pthread_create(pthread_t *thread, pthread_attr_t *attr, void* (start_routine)(void*), void *arg);
  • thread：是一个指针，线程创建成功时，用以返回创建的线程ID；
  • attr：线程属性，NULL表示使用默认；
  • start_rountine：函数指针，指被创建的线程函数；
  • arg：该参数指向传递给线程函数的参数；

实例中，接收函数recv_perf()，同时传递的参数结构体data；

3. 线程的退出

多线程中，终止执行的方式有3种，分别是：

1. 线程执行完成后，自行终止；
2. 线程执行种，遇到了pthread_exit()或者return；
3. 线程在执行过程种，接收到了其他线程发送的“终止执行”的信息，然后终止执行；

第一种很容易理解，不做讨论。

pthread_exit()和return
:

return：

return 关键字用于终止函数执行，必要时还能将函数的执行结果反馈给调用者。
return 关键字不仅可以用于普通函数，线程函数中也可以使用它。

pthread_exit()：

<pthread.h>头文件中，提供有一个和 return 关键字相同功能的 pthread_exit() 函数。
和之前不同，pthread_exit() 函数只适用于线程函数，而不能用于普通函数。

void pthread_exit(void*retval);

retval是void*类型的指针，可以指向任何类型的数据，它指向的数据作为线程退出的返回值。

pthread_exit()和return()的区别：

  • return：不仅会终止主线程执行，还会终止其他子线程的执行；
  • pthread_exit()：只会终止当前线程，不会影响到其他线程的执行；

实际场景中，想要终止某个子线程，强烈建议使用pthread_exit()函数。

pthread_cancel
:

一个线程还可以向另一个线程发送“终止执行”的信号（后续称为“cancel”信号），这时候需要调用pthread_cancel()函数。


int pthread_cancel(pthread_t thread);

参数thread用于接收cancel信号的目标线程。

对于接收cancel信号后，结束执行的目标线程，等同于该线程自己执行如下语句：

pthread_exit(PTHREAD_CANCELED);

也就是说，当一个线程被强制终止时，它会返回pthread_cancel这个宏。

然后对于我们这个设计，巧妙的使用了run这个全局变量，用来控制子线程执行，同时利用全局变量来进行计算，是个很好的策略。

这是因为子线程在detach()以后，就无法再返回子线程的资源，会出现core。

4. detach()

detach()的作用是将子线程和主线程的关联分离，也就是说detach()后子线程在后台独立继续执行，主线程无法再获得子线程的控制权。

即使主线程结束，子线程未执行也不会结束。当主线程结束时，由运行时库负责清理和子线程相关的资源。

detach()同时也带来了一些问题，如子线程要访问主线程的对象，而主线中的对象又因为主线程结束而被销毁，导致程序崩溃。

5. 把进程/线程绑定到特定的cpu核上运行

某个进程需要较高的运行效率时，就有必要考虑将其绑定到单独的核上运行，以减小由于在不同的核上调度造成的开销。

把某个进程/线程绑定到特定的cpu核上后，该进程就会一直在此核上运行，不会再被操作系统调度到其他核上。但绑定的这个核还是可能会被调度运行其他应用程序的。（可以做隔离）

查看绑定情况：

taskset -p pid

显示的是十进制，需要转换成2进制，每个1对应一个cpu（cpu从0开始）

启动时绑定：

taskset -c xxx,yyy ./pcie_perf&

启动应用程序的时候绑定。

启动后绑定：

taskset -cp 1,2,5,11 9865  将进程9864绑定到#1、#2、#5、#11号核上面。taskset -cp 1,2,5-11 9865  将进程9864绑定到#1、#2、#5~#11号核上面。

代码绑定：

...
cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
CPU_SET(14, &mask);
sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask);
...

三、未完待续

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四、参考文献

https://blog.csdn.net/qq_41854911/article/details/118718824

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