source: trunk/user/sort/sort.c @ 469

Last change on this file since 469 was 469, checked in by alain, 3 years ago

1) Introduce the libsemaphore library.
2) Introduce a small libmath library, required by the "fft" application..
3) Introduce the multithreaded "fft" application.
4) Fix a bad synchronisation bug in the Copy-On-Write mechanism.

  • Property svn:executable set to *
File size: 11.8 KB
Line 
1///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
2// File   :  sort.c
3// Date   :  November 2013
4// Author :  Cesar Fuguet Tortolero <cesar.fuguet-tortolero@lip6.fr>
5///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
6// This multi-threaded application implement a multi-stage sort application.
7// The various stages are separated by synchronisation barriers.
8// There is one thread per physical cores.
9// Computation is organised as a binary tree:
10// - All threads execute in parallel a buble sort on a sub-array during the
11//   the first stage of parallel sort,
12// - The number of participating threads is divided by 2 at each next stage,
13//   to make a merge sort, on two subsets of previous stage.
14//
15//       Number_of_stages = number of barriers = log2(Number_of_threads)
16//
17// Constraints :
18// - It supports up to 1024 cores: x_size, y_size, and ncores must be
19//   power of 2 (max 16*16 clusters / max 4 cores per cluster)
20// _ The array of values to be sorted (ARRAY_LENGTH) must be power of 2
21//   larger than the number of cores.
22///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
23
24#include <stdio.h>
25#include <stdlib.h>
26#include <pthread.h>
27#include <almosmkh.h>
28#include <hal_macros.h>
29
30#define ARRAY_LENGTH        0x100    // 256 values
31
32#define MAX_THREADS         1024     // 16 * 16 * 4
33
34#define DISPLAY_ARRAY       0
35#define INTERACTIVE_MODE    0
36
37/////////////////////////////////////////////////////////////
38// argument for the sort() function (one thread per core)
39/////////////////////////////////////////////////////////////
40
41typedef struct
42{
43    unsigned int threads;      // total number of threads
44    unsigned int thread_uid;    // thread user index (0 to threads -1)
45    unsigned int main_uid;      // main thread user index
46}
47args_t;
48
49//////////////////////////////////////////
50//      Global variables
51//////////////////////////////////////////
52
53int                 array0[ARRAY_LENGTH];    // values to sort
54int                 array1[ARRAY_LENGTH];   
55
56pthread_barrier_t   barrier;                 // synchronisation variables
57
58pthread_attr_t      attr[MAX_THREADS];       // thread attributes (one per thread)
59args_t              arg[MAX_THREADS];        // sort function arguments (one per thread)
60
61////////////////////////////////////
62void bubbleSort( int *        array,
63                 unsigned int length,
64                 unsigned int init_pos )
65{
66    int i;
67    int j;
68    int aux;
69
70    for(i = 0; i < length; i++)
71    {
72        for(j = init_pos; j < (init_pos + length - i - 1); j++)
73        {
74            if(array[j] > array[j + 1])
75            {
76                aux          = array[j + 1];
77                array[j + 1] = array[j];
78                array[j]     = aux;
79            }
80        }
81    }
82}  // end bubbleSort()
83
84
85/////////////////////////
86void merge( int * src,
87            int * dst,
88            int length,
89            int init_pos_src_a,
90            int init_pos_src_b,
91            int init_pos_dst )
92{
93    int i;
94    int j;
95    int k;
96
97    i = 0;
98    j = 0;
99    k = init_pos_dst;
100
101    while((i < length) || (j < length))
102    {
103        if((i < length) && (j < length))
104        {
105            if(src[init_pos_src_a + i] < src[init_pos_src_b + j])
106            {
107                dst[k++] = src[init_pos_src_a + i];
108                i++;
109            }
110            else
111            {
112                dst[k++] = src[init_pos_src_b + j];
113                j++;
114            }
115        }
116        else if(i < length)
117        {
118            dst[k++] = src[init_pos_src_a + i];
119            i++;
120        }
121        else
122        {
123            dst[k++] = src[init_pos_src_b + j];
124            j++;
125        }
126    }
127}  // end merge()
128
129/////////////////////////
130void sort( args_t * ptr )
131{
132    unsigned int       i;
133    unsigned long long cycle;
134    unsigned int       cxy;
135    unsigned int       lid;
136
137    int         * src_array  = NULL;
138    int         * dst_array  = NULL;
139
140    // get core coordinates an date
141    get_core( &cxy , &lid );
142    get_cycle( &cycle );
143
144    unsigned int  thread_uid = ptr->thread_uid;
145    unsigned int  threads    = ptr->threads;
146    unsigned int  main_uid   = ptr->main_uid;
147
148    unsigned int  items      = ARRAY_LENGTH / threads;
149    unsigned int  stages     = __builtin_ctz( threads ) + 1;
150
151    printf("\n[SORT] thread[%d] : start\n", thread_uid );
152
153    bubbleSort( array0, items, items * thread_uid );
154
155    printf("\n[SORT] thread[%d] : stage 0 completed\n", thread_uid );
156
157    /////////////////////////////////
158    pthread_barrier_wait( &barrier ); 
159    printf("\n[SORT] thread[%d] exit barrier\n", thread_uid );
160
161    // the number of threads contributing to sort
162    // is divided by 2 at each next stage
163    for ( i = 1 ; i < stages ; i++ )
164    {
165        pthread_barrier_wait( &barrier );
166
167        if( (thread_uid & ((1<<i)-1)) == 0 )
168        {
169            printf("\n[SORT] thread[%d] : stage %d start\n", thread_uid , i );
170
171            if((i % 2) == 1)               // odd stage
172            {
173                src_array = array0;
174                dst_array = array1;
175            }
176            else                           // even stage
177            {
178                src_array = array1;
179                dst_array = array0;
180            }
181
182            merge( src_array, 
183                   dst_array,
184                   items << i,
185                   items * thread_uid,
186                   items * (thread_uid + (1 << (i-1))),
187                   items * thread_uid );
188
189            printf("\n[SORT] thread[%d] : stage %d completed\n", thread_uid , i );
190        }
191
192        /////////////////////////////////
193        pthread_barrier_wait( &barrier );
194        printf("\n[SORT] thread[%d] exit barrier\n", thread_uid );
195
196    }
197
198    // all threads but the main thread exit
199    if( thread_uid != main_uid ) pthread_exit( NULL );
200
201} // end sort()
202
203
204///////////
205void main()
206{
207    unsigned int           x_size;             // number of rows
208    unsigned int           y_size;             // number of columns
209    unsigned int           ncores;             // number of cores per cluster
210    unsigned int           threads;            // total number of threads
211    unsigned int           thread_uid;         // user defined thread index
212    unsigned int           main_cxy;           // cluster identifier for main
213    unsigned int           main_x;             // X coordinate for main thread
214    unsigned int           main_y;             // Y coordinate for main thread
215    unsigned int           main_lid;           // core local index for main thread
216    unsigned int           main_uid;           // thread user index for main thread
217    unsigned int           x;                  // X coordinate for a thread
218    unsigned int           y;                  // Y coordinate for a thread
219    unsigned int           lid;                // core local index for a thread
220    unsigned int           n;                  // index in array to sort
221    unsigned long long     cycle;              // current date for log
222    pthread_t              trdid;              // kernel allocated thread index (unused)
223    pthread_barrierattr_t  barrier_attr;       // barrier attributes
224
225    // compute number of threads (one thread per proc)
226    get_config( &x_size , &y_size , &ncores );
227    threads = x_size * y_size * ncores;
228
229    // get core coordinates and user index for the main thread
230    get_core( &main_cxy , & main_lid );
231    main_x   = HAL_X_FROM_CXY( main_cxy );
232    main_y   = HAL_Y_FROM_CXY( main_cxy );
233    main_uid = (((main_x * y_size) + main_y) * ncores) + main_lid; 
234
235    // checks number of threads
236    if ( (threads != 1)   && (threads != 2)   && (threads != 4)   && 
237         (threads != 8)   && (threads != 16 ) && (threads != 32)  && 
238         (threads != 64)  && (threads != 128) && (threads != 256) && 
239         (threads != 512) && (threads != 1024) )
240    {
241        printf("\n[SORT ERROR] number of cores must be power of 2\n");
242        exit( 0 );
243    }
244
245    // check array size
246    if ( ARRAY_LENGTH % threads) 
247    {
248        printf("\n[SORT ERROR] array size must be multiple of number of threads\n");
249        exit( 0 );
250    }
251
252    printf("\n[SORT] main starts on core[%x,%d] / %d thread(s) / %d values\n",
253    main_cxy, main_lid, threads, ARRAY_LENGTH );
254
255    // Barrier initialization
256    barrier_attr.x_size   = x_size; 
257    barrier_attr.y_size   = y_size;
258    barrier_attr.nthreads = ncores;
259    if( pthread_barrier_init( &barrier, &barrier_attr , threads ) )
260    {
261        printf("\n[SORT ERROR] cannot initialise barrier\n" );
262        exit( 0 );
263    }
264
265    get_cycle( &cycle );
266    printf("\n[SORT] main completes barrier init at cycle %d\n", (unsigned int)cycle );
267
268    // Array to sort initialization
269    for ( n = 0 ; n < ARRAY_LENGTH ; n++ )
270    {
271        array0[n] = rand();
272    }
273
274#if DISPLAY_ARRAY
275printf("\n*** array before sort\n");
276for( n=0; n<ARRAY_LENGTH; n++) printf("array[%d] = %d\n", n , array0[n] );
277#endif
278
279    get_cycle( &cycle );
280    printf("\n[SORT] main completes array init at cycle %d\n", (unsigned int)cycle );
281
282    // launch other threads to execute sort() function
283    // on cores other than the core running the main thread
284    for ( x=0 ; x<x_size ; x++ )
285    {
286        for ( y=0 ; y<y_size ; y++ )
287        {
288            for ( lid=0 ; lid<ncores ; lid++ )
289            {
290                thread_uid = (((x * y_size) + y) * ncores) + lid;
291
292                // set sort arguments for all threads
293                arg[thread_uid].threads      = threads;
294                arg[thread_uid].thread_uid   = thread_uid;
295                arg[thread_uid].main_uid     = main_uid;
296
297                // set thread attributes for all threads
298                attr[thread_uid].attributes = PT_ATTR_CLUSTER_DEFINED | PT_ATTR_CORE_DEFINED;
299                attr[thread_uid].cxy        = HAL_CXY_FROM_XY( x , y );
300                attr[thread_uid].lid        = lid;
301
302                if( thread_uid != main_uid )
303                {
304                    if ( pthread_create( &trdid,              // not used because no join
305                                         &attr[thread_uid],   // thread attributes
306                                         &sort,               // entry function
307                                         &arg[thread_uid] ) ) // sort arguments
308                    {
309                        printf("\n[SORT ERROR] main cannot create thread %x \n", thread_uid );
310                        exit( 0 );
311                    }
312                    else
313                    {
314                        printf("\n[SORT] main created thread %x \n", thread_uid );
315                    }
316                }
317
318#if INTERACTIVE_MODE
319idbg();
320#endif
321            }
322        }
323    }
324   
325    get_cycle( &cycle );
326    printf("\n[SORT] main completes threads create at cycle %d\n", (unsigned int)cycle );
327
328#if INTERACTIVE_MODE
329idbg();
330#endif
331   
332    // the main thread run also the sort() function
333    sort( &arg[main_uid] );
334
335    // Check result
336    int    success = 1;
337    int*   res_array = ( (threads==  2) ||
338                         (threads==  8) || 
339                         (threads== 32) || 
340                         (threads==128) || 
341                         (threads==512) ) ? array1 : array0;
342   
343    for( n=0 ; n<(ARRAY_LENGTH-2) ; n++ )
344    {
345        if ( res_array[n] > res_array[n+1] )
346        {
347            printf("\n[SORT] array[%d] = %d > array[%d] = %d\n",
348            n , res_array[n] , n+1 , res_array[n+1] );
349            success = 0;
350            break;
351        }
352    }
353
354#if DISPLAY_ARRAY
355printf("\n*** array after sort\n");
356for( n=0; n<ARRAY_LENGTH; n++) printf("array[%d] = %d\n", n , res_array[n] );
357#endif
358
359    get_cycle( &cycle );
360
361    if ( success )
362    {
363        printf("\n[SORT] success at cycle %d\n", (unsigned int)cycle );
364        exit( 0 );
365    }
366    else
367    {
368        printf("\n[SORT] failure at cycle %d\n", (unsigned int)cycle );
369        exit( 1 );
370    }
371
372}  // end main()
373
374
375/*
376vim: tabstop=4 : shiftwidth=4 : expandtab
377*/
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.