209 lines
8.9 KiB
C++
209 lines
8.9 KiB
C++
#include <iostream>
|
|
#include <vector>
|
|
#include <iomanip>
|
|
#include <random>
|
|
#include <pthread.h>
|
|
#include <sys/time.h>
|
|
#include <unistd.h>
|
|
|
|
constexpr int NIL = -1; // Маркер конца списка (аналог nullptr для индексов)
|
|
|
|
// Структура узла списка, хранящегося в массиве
|
|
struct Node {
|
|
int value; // Значение элемента
|
|
int next; // Индекс следующего элемента в массиве pool
|
|
};
|
|
|
|
// Результат работы функции сортировки
|
|
struct SortResult {
|
|
int head; // Индекс головы отсортированного списка
|
|
long long comparisons; // Счетчик выполненных сравнений
|
|
};
|
|
|
|
// Аргументы для передачи в новый поток
|
|
struct Args {
|
|
Node* pool; // Указатель на массив всех узлов
|
|
int head; // Голова подсписка для сортировки
|
|
int depth; // Текущая глубина рекурсии
|
|
int size; // Количество элементов в подсписке
|
|
int threshold; // Порог, ниже которого новые потоки не создаются
|
|
SortResult* res_out; // Куда записать результат работы потока
|
|
};
|
|
|
|
// Глобальные переменные для управления потоками
|
|
int active_threads = 0; // Текущее количество работающих потоков
|
|
int max_threads = 4; // Максимально допустимое количество потоков
|
|
pthread_mutex_t counter_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // Мьютекс для счетчика потоков
|
|
pthread_mutex_t log_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // Мьютекс для синхронизации вывода
|
|
bool enable_logging = false; // Флаг включения логирования
|
|
|
|
// Логирование событий для анализа производительности
|
|
void log_event(const std::string& type, int head, int depth) {
|
|
if (!enable_logging) return;
|
|
pthread_mutex_lock(&log_mutex); // Блокируем вывод, чтобы строки не перемешались
|
|
|
|
timeval tv{};
|
|
gettimeofday(&tv, nullptr);
|
|
double current_time = tv.tv_sec + tv.tv_usec * 1e-6;
|
|
|
|
std::cout << type << " TID=" << pthread_self() // ID текущего потока
|
|
<< " depth=" << depth
|
|
<< " range=[" << head << "," << head << "]"
|
|
<< " time=" << std::fixed << std::setprecision(6) << current_time << std::endl;
|
|
|
|
pthread_mutex_unlock(&log_mutex);
|
|
}
|
|
|
|
// Разделение списка на две равные части (алгоритм "черепахи и зайца")
|
|
void split_list(Node* pool, int head, int& left, int& right) {
|
|
if (head == NIL || pool[head].next == NIL) {
|
|
left = head; right = NIL; return;
|
|
}
|
|
int slow = head, fast = pool[head].next;
|
|
while (fast != NIL) {
|
|
fast = pool[fast].next;
|
|
if (fast != NIL) {
|
|
slow = pool[slow].next;
|
|
fast = pool[fast].next;
|
|
}
|
|
}
|
|
left = head;
|
|
right = pool[slow].next;
|
|
pool[slow].next = NIL; // Разрываем список на две части
|
|
}
|
|
|
|
// Слияние двух отсортированных списков
|
|
SortResult merge_lists(Node* pool, int l, int r) {
|
|
long long comps = 0;
|
|
if (l == NIL) return {r, 0};
|
|
if (r == NIL) return {l, 0};
|
|
|
|
int res_head = NIL, tail = NIL;
|
|
|
|
// Вспомогательная лямбда для добавления элемента в результирующий список
|
|
auto append = [&](int idx) {
|
|
if (res_head == NIL) res_head = tail = idx;
|
|
else { pool[tail].next = idx; tail = idx; }
|
|
};
|
|
|
|
while (l != NIL && r != NIL) {
|
|
comps++;
|
|
if (pool[l].value <= pool[r].value) {
|
|
int n = pool[l].next; append(l); l = n;
|
|
} else {
|
|
int n = pool[r].next; append(r); r = n;
|
|
}
|
|
}
|
|
// Прикрепляем оставшиеся элементы
|
|
if (l != NIL) pool[tail].next = l;
|
|
if (r != NIL) pool[tail].next = r;
|
|
|
|
return {res_head, comps};
|
|
}
|
|
|
|
// Прототип функции для использования в thread_func
|
|
SortResult parallel_list_sort(Node* pool, int head, int depth, int size, int threshold);
|
|
|
|
// Функция-обертка для запуска в pthread
|
|
void* thread_func(void* arg) {
|
|
Args* a = (Args*)arg;
|
|
// Выполняем сортировку и записываем результат по указателю
|
|
*(a->res_out) = parallel_list_sort(a->pool, a->head, a->depth, a->size, a->threshold);
|
|
return nullptr;
|
|
}
|
|
|
|
// Основная рекурсивная функция параллельной сортировки
|
|
SortResult parallel_list_sort(Node* pool, int head, int depth, int size, int threshold) {
|
|
log_event("START", head, depth);
|
|
|
|
// Базовый случай рекурсии: список пуст или из одного элемента
|
|
if (head == NIL || pool[head].next == NIL) {
|
|
log_event("END", head, depth);
|
|
return {head, 0};
|
|
}
|
|
|
|
int left_p, right_p;
|
|
split_list(pool, head, left_p, right_p); // Разбиваем список
|
|
int new_size = size / 2;
|
|
|
|
pthread_t tid;
|
|
bool spawned = false; // Флаг: был ли создан новый поток
|
|
SortResult res_right = {NIL, 0};
|
|
|
|
// Решаем, нужно ли создавать новый поток
|
|
if (size > threshold) {
|
|
pthread_mutex_lock(&counter_mutex);
|
|
if (active_threads < max_threads) {
|
|
active_threads++;
|
|
spawned = true;
|
|
}
|
|
pthread_mutex_unlock(&counter_mutex);
|
|
}
|
|
|
|
if (spawned) {
|
|
// Создаем поток для правой части
|
|
Args* args = new Args{pool, right_p, depth + 1, new_size, threshold, &res_right};
|
|
pthread_create(&tid, nullptr, thread_func, args);
|
|
|
|
// Левую часть сортируем в текущем потоке
|
|
SortResult res_left = parallel_list_sort(pool, left_p, depth + 1, new_size, threshold);
|
|
|
|
// Дожидаемся завершения правого потока
|
|
pthread_join(tid, nullptr);
|
|
|
|
pthread_mutex_lock(&counter_mutex);
|
|
active_threads--; // Освобождаем место для новых потоков
|
|
pthread_mutex_unlock(&counter_mutex);
|
|
|
|
SortResult m = merge_lists(pool, res_left.head, res_right.head);
|
|
delete args; // Очищаем память, выделенную под аргументы
|
|
log_event("END", m.head, depth);
|
|
return {m.head, res_left.comparisons + res_right.comparisons + m.comparisons};
|
|
} else {
|
|
// Последовательная сортировка обеих частей в текущем потоке
|
|
SortResult res_left = parallel_list_sort(pool, left_p, depth + 1, new_size, threshold);
|
|
SortResult res_r_seq = parallel_list_sort(pool, right_p, depth + 1, new_size, threshold);
|
|
SortResult m = merge_lists(pool, res_left.head, res_r_seq.head);
|
|
log_event("END", m.head, depth);
|
|
return {m.head, res_left.comparisons + res_r_seq.comparisons + m.comparisons};
|
|
}
|
|
}
|
|
|
|
int main(int argc, char* argv[]) {
|
|
int n = 100000; // Размер списка по умолчанию
|
|
int threshold = 5000; // Порог распараллеливания по умолчанию
|
|
|
|
// Считывание параметров из командной строки
|
|
if (argc >= 2) n = std::atoi(argv[1]);
|
|
if (argc >= 3) max_threads = std::atoi(argv[2]);
|
|
if (argc >= 4) threshold = std::atoi(argv[3]);
|
|
|
|
// Включаем подробные логи только для небольших задач, чтобы не спамить в консоль
|
|
if (n < 5000) enable_logging = true;
|
|
|
|
// Инициализация пула узлов
|
|
std::vector<Node> pool(n);
|
|
std::mt19937 rng(1337); // Фиксированный seed для воспроизводимости
|
|
for (int i = 0; i < n; i++) {
|
|
pool[i].value = rng() % 100000;
|
|
pool[i].next = (i == n - 1) ? NIL : i + 1;
|
|
}
|
|
|
|
timeval t1, t2;
|
|
gettimeofday(&t1, nullptr); // Замер времени начала
|
|
|
|
// Запуск основной функции сортировки
|
|
SortResult final_res = parallel_list_sort(pool.data(), 0, 0, n, threshold);
|
|
|
|
gettimeofday(&t2, nullptr); // Замер времени окончания
|
|
|
|
// Расчет и вывод статистики
|
|
double elapsed = (t2.tv_sec - t1.tv_sec) + (t2.tv_usec - t1.tv_usec) * 1e-6;
|
|
std::cerr << "STAT: threads=" << max_threads
|
|
<< " size=" << n
|
|
<< " threshold=" << threshold
|
|
<< " time=" << elapsed << " sec" << std::endl;
|
|
|
|
return 0;
|
|
}
|