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work-stealing-scheduler/report/document.tex

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2024-04-21 10:19:54 +02:00
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\documentclass[a4paper]{article}
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2024-03-26 21:08:43 +01:00
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2024-03-26 21:01:09 +01:00
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2024-04-21 10:19:54 +02:00
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2024-04-23 13:25:28 +02:00
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2024-04-21 10:19:54 +02:00
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2024-04-25 02:43:13 +02:00
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2024-04-21 10:04:30 +02:00
\def\titleName{Projet : Un ordonnanceur par work stealing}
\def\docTitle{\href{https://www.irif.fr/~jch/enseignement/systeme/projet.pdf}{\titleName}}
\def\anri{Anri Kennel}
2024-04-21 10:19:54 +02:00
\def\authorMail{mailto:anri.kennel@etu.u-paris.fr}
2024-04-21 10:04:30 +02:00
\def\docSubject{Programmation système avancée}
\def\docLocation{Université Paris Cité}
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2024-03-26 21:01:09 +01:00
2024-04-21 10:04:30 +02:00
\title{\docTitle}
\author{\href{\authorMail}{\anri}\thanks{\anri : 22302653}}
\extra{\docSubject~$\cdot$ \docLocation}
\date{Année universitaire 2023-2024}
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\newcommand{\docref}[1]{\textit{\nameref{#1}}} % italic nameref
% Aliases
\def\coeur{c\oe{}ur}
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\def\mone{\textit{Machine 1}} % fixe
\def\mtwo{\textit{Machine 2}} % portable
\def\bone{\textit{Benchmark quicksort}}
\def\btwo{\textit{Benchmark mandelbrot}}
\def\ws{\enquote{work-stealing}}
2024-03-26 21:01:09 +01:00
\begin{document}
\maketitle
2024-04-21 10:19:54 +02:00
\flushbottom
\tableofcontents
\clearpage
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\section{Descriptions}
Description des différents algorithmes implémentés.
2024-04-25 02:13:56 +02:00
\subsection{Séquentiel}
2024-04-23 13:25:28 +02:00
Cette implémentation naïve correspond au mode \texttt{serial}
de \texttt{quicksort.c}. Elle lance les tâches sans threads.
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2024-04-23 13:25:28 +02:00
\subsection[Threads sans gestion]{Threads sans gestion}
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Cette implémentation correspond à simplement démarrer un nouveau thread
pour chaque nouvelle tâche.
2024-04-23 13:25:28 +02:00
Comme cette implémentation n'ordonnance rien et que le nombre de threads créer
est important.
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\subsection{Threads avec pile}\label{desc:th_pile}
Pour cette implémentation, on garde en mémoire une pile,
et on démarre un nombre fixe de threads et à chaque ajout d'une tâche,
on l'empile. Chaque thread récupère la dernière tâche ajoutée à la pile.
\subsubsection{Sélection aléatoire de tâche}
Même fonctionnement que dans l'algorithme de \docref{desc:th_pile}, sauf
qu'au lieu de récupérer la dernière tâche, on récupère une tâche
aléatoire de la pile.
\subsection{Répartition par \ws}\label{desc:ws}
Ici, chaque \coeur~a sa propre liste de tâche. Quand un thread n'as
plus de tâche, il essaie d'en voler une à un autre thread.
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\section{Comportement}
\subsection{Listes}
Dans l'ordonnanceur LIFO, la liste est une pile. Chaque thread récupère le
premier élément de la pile, c'est-à-dire le dernier à avoir été ajouté.
Avec la répartition par \ws, la liste est une deque. Comme dans l'ordonnanceur
LIFO, chaque thread récupère le premier élément de la deque, mais quand il y a
un vol, c'est le dernier élément qui est récupéré par le thread.
\subsection{Synchronisations}
Dans mes implémentations, j'ai exclusivement utilisé des mutex ainsi que des
variables de conditions pour endormir/réveiller mes threads.
\subsection{Nombre de threads}
Pour avoir un programme performant, il faut équilibrer le nombre de threads par
rapport aux nombres de \coeur{}s disponibles. Il faut également équilibrer la
création de nouvelles tâches par thread par rapport au véritable travail
effectué par ledit thread. Par exemple dans le \btwo, chaque tâche soit créer 4
nouvelles tâches, soit calcule une portion de l'image. Une plus grande création
de tâche favorise le \ws~parce qu'une pile unique atteint ses limites quand
trop de tâches est ajouté, car les threads n'ont pas le temps "d'abattre
le travail" assez rapidement.
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2024-04-25 02:43:13 +02:00
\section{Statistiques}
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Chaque implémentation a été testée avec l'optimisation de niveau 2
de \texttt{gcc}, sur 2 machines.
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\begin{enumerate}
\item \textbf{12 \coeur{}s} pour la \mone.
\item \textbf{8 \coeur{}s} pour la \mtwo.
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\end{enumerate}
2024-04-25 02:13:56 +02:00
Le programme utilisé pour tester les implémentations sont le quicksort fourni
et une adaptation de mandelbrot fournis dans le TP10.
\subsection{Séquentiel}\label{stats:seq}
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\begin{description}
2024-04-25 02:13:56 +02:00
\item[\bone] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,855 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{1,139 secs}
\end{description}
\item[\btwo] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{10 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{3,733 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{10 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{6,020 secs}
\end{description}
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\end{description}
2024-04-25 02:13:56 +02:00
2024-04-21 11:57:37 +02:00
Ce programme ne bénéficie pas de toute la puissance de la machine.
\subsection{Threads sans gestion}\label{stats:th_ges}
2024-04-25 02:13:56 +02:00
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\begin{description}
2024-04-25 02:13:56 +02:00
\item[\bone] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{10 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{35,985 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{10 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{18,854 secs}
\end{description}
\item[\btwo] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{10 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{66,078 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{10 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{41,060 secs}
\end{description}
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\end{description}
La création des threads pour chaque tâche créer un énorme
goulot d'étranglement qui réduit de grandement les performances.
2024-04-23 13:25:28 +02:00
Le temps d'exécution étant long, nous pouvons voir les threads via la commande
\texttt{top} : \mintinline{bash}|top -Hp $(pgrep ordonnanceur)|.
Pour augmenter les performances, il faut avoir une taille fixe de threads créer,
et donc il faut gérer les tâches et décider de quelle tâche va sur quel thread.
\subsection{Threads avec pile}\label{stats:stack}
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\begin{description}
2024-04-25 02:13:56 +02:00
\item[\bone] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,258 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,356 secs}
\end{description}
\item[\btwo] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,787 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{1,858 secs}
\end{description}
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\end{description}
2024-04-23 13:25:28 +02:00
Le lancement de nouveau thread étant limité, les performances
2024-04-21 11:57:37 +02:00
sont grandement améliorées par rapport aux tests de \docref{stats:th_ges}.
Également grâce au fait que désormais on utilise les \coeur{}s~de notre CPU,
2024-04-21 11:57:37 +02:00
les performances sont aussi améliorées par rapport aux tests de
2024-04-25 02:13:56 +02:00
\docref{stats:seq}.
2024-04-21 11:57:37 +02:00
Dans la \autoref{fig:btm-lifo}, on observe que les \coeur{}s du CPU ne sont pas
tous utilisé à 100\%. Ceci est dû au fait que l'accès à la liste des tâches est
limité, car partagé entres les threads.
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\begin{figure}[h!]
\centering
2024-04-25 02:53:29 +02:00
\includegraphics[alt={Graphique},width=\textwidth]{imgs/bottom-lifo.jpg}
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\caption{Utilisation ressources sur la \mone~avec \docref{desc:th_pile}}
\label{fig:btm-lifo}
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\end{figure}
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\subsubsection{Sélection aléatoire de tâche}
\begin{description}
2024-04-25 02:13:56 +02:00
\item[\bone] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,390 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,438 secs}
\end{description}
\item[\btwo] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,438 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{1,887 secs}
\end{description}
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\end{description}
2024-04-23 13:25:28 +02:00
Cette implémentation est identique à \docref{stats:stack}, à l'exception que
l'on récupère une tâche aléatoire de la pile au lieu d'y prendre la dernière
ajouté.
Cette façon de faire réduit les performances.
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\subsection{Répartition par \ws}
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\begin{description}
2024-04-25 02:13:56 +02:00
\item[\bone] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,229 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,308 secs}
\end{description}
\item[\btwo] \hspace{1em}
\begin{description}
\item[\mone] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{0,447 secs}
\item[\mtwo] Le programme a été lancé \textbf{100 fois}.
Le temps moyen d'exécution a été de \textbf{1,131 secs}
\end{description}
2024-04-21 11:57:37 +02:00
\end{description}
2024-04-24 17:16:34 +02:00
Dans cet implémentation, on n'utilises plus une pile mais un deque de tâches.
2024-04-23 13:25:28 +02:00
Cette façon de faire est légèrement meilleur que \docref{desc:th_pile}.
Dans la \autoref{fig:btm-ws}, on observe que les \coeur{}s du CPU sont
proche de 100\% d'utilisation. Comparé à \docref{stats:stack}, on gagne
en moyenne \approx~10\% de l'utilisation du processeur dans son entièreté.
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\begin{figure}[h!]
\centering
2024-04-25 02:53:29 +02:00
\includegraphics[alt={Graphique},width=\textwidth]{imgs/bottom-ws.jpg}
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\caption{Exploitation des ressources sur la \mone~avec \docref{desc:ws}}
\label{fig:btm-ws}
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\end{figure}
\clearpage
\appendix
\section{Crédits}
2024-04-25 02:43:13 +02:00
J'ai utilisé un bout de code de \href{https://expreg.org/amsi/C/}{Farès Belhadj}
d'un TP de L2 pour afficher une image au format \texttt{bmp} afin vérifier que
2024-04-25 13:04:04 +02:00
le \btwo~fonctionnait correctement. Ce qui donne la
\hyperref[fig:mandelbrot]{Figure \ref*{fig:mandelbrot}}.
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\begin{figure}[h!]
\centering
2024-04-25 02:53:29 +02:00
\includegraphics[alt={Fractale mandelbrot},width=0.7\textwidth]{imgs/mandelbrot.jpg}
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\caption{Example de Mandelbrot}
\label{fig:mandelbrot}
2024-04-25 02:43:13 +02:00
\end{figure}
\end{document}