libgomp/testsuite/libgomp.c/sort-1.c

   1 /* Test and benchmark of a couple of parallel sorting algorithms.
   2    Copyright (C) 2008-2013 Free Software Foundation, Inc.
   3
   4    GCC is free software; you can redistribute it and/or modify it under
   5    the terms of the GNU General Public License as published by the Free
   6    Software Foundation; either version 3, or (at your option) any later
   7    version.
   8
   9    GCC is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
  10    WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  11    FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
  12    for more details.
  13
  14    You should have received a copy of the GNU General Public License
  15    along with GCC; see the file COPYING3.  If not see
  16    <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
  17
  18 #include <limits.h>
  19 #include <omp.h>
  20 #include <stdbool.h>
  21 #include <stdio.h>
  22 #include <stdlib.h>
  23 #include <string.h>
  24
  25 int failures;
  26
  27 #define THRESHOLD 100
  28
  29 static void
  30 verify (const char *name, double stime, int *array, int count)
  31 {
  32   int i;
  33   double etime = omp_get_wtime ();
  34
  35   printf ("%s: %g\n", name, etime - stime);
  36   for (i = 1; i < count; i++)
  37     if (array[i] < array[i - 1])
  38       {
  39         printf ("%s: incorrectly sorted\n", name);
  40         failures = 1;
  41       }
  42 }
  43
  44 static void
  45 insertsort (int *array, int s, int e)
  46 {
  47   int i, j, val;
  48   for (i = s + 1; i <= e; i++)
  49     {
  50       val = array[i];
  51       j = i;
  52       while (j-- > s && val < array[j])
  53         array[j + 1] = array[j];
  54       array[j + 1] = val;
  55     }
  56 }
  57
  58 struct int_pair
  59 {
  60   int lo;
  61   int hi;
  62 };
  63
  64 struct int_pair_stack
  65 {
  66   struct int_pair *top;
  67 #define STACK_SIZE 4 * CHAR_BIT * sizeof (int)
  68   struct int_pair arr[STACK_SIZE];
  69 };
  70
  71 static inline void
  72 init_int_pair_stack (struct int_pair_stack *stack)
  73 {
  74   stack->top = &stack->arr[0];
  75 }
  76
  77 static inline void
  78 push_int_pair_stack (struct int_pair_stack *stack, int lo, int hi)
  79 {
  80   stack->top->lo = lo;
  81   stack->top->hi = hi;
  82   stack->top++;
  83 }
  84
  85 static inline void
  86 pop_int_pair_stack (struct int_pair_stack *stack, int *lo, int *hi)
  87 {
  88   stack->top--;
  89   *lo = stack->top->lo;
  90   *hi = stack->top->hi;
  91 }
  92
  93 static inline int
  94 size_int_pair_stack (struct int_pair_stack *stack)
  95 {
  96   return stack->top - &stack->arr[0];
  97 }
  98
  99 static inline void
 100 busy_wait (void)
 101 {
 102 #if defined __i386__ || defined __x86_64__
 103   __builtin_ia32_pause ();
 104 #elif defined __ia64__
 105   __asm volatile ("hint @pause" : : : "memory");
 106 #elif defined __sparc__ && (defined __arch64__ || defined __sparc_v9__)
 107   __asm volatile ("membar #LoadLoad" : : : "memory");
 108 #else
 109   __asm volatile ("" : : : "memory");
 110 #endif
 111 }
 112
 113 static inline void
 114 swap (int *array, int a, int b)
 115 {
 116   int val = array[a];
 117   array[a] = array[b];
 118   array[b] = val;
 119 }
 120
 121 static inline int
 122 choose_pivot (int *array, int lo, int hi)
 123 {
 124   int mid = (lo + hi) / 2;
 125
 126   if (array[mid] < array[lo])
 127     swap (array, lo, mid);
 128   if (array[hi] < array[mid])
 129     {
 130       swap (array, mid, hi);
 131       if (array[mid] < array[lo])
 132         swap (array, lo, mid);
 133     }
 134   return array[mid];
 135 }
 136
 137 static inline int
 138 partition (int *array, int lo, int hi)
 139 {
 140   int pivot = choose_pivot (array, lo, hi);
 141   int left = lo;
 142   int right = hi;
 143
 144   for (;;)
 145     {
 146       while (array[++left] < pivot);
 147       while (array[--right] > pivot);
 148       if (left >= right)
 149         break;
 150       swap (array, left, right);
 151     }
 152   return left;
 153 }
 154
 155 static void
 156 sort1 (int *array, int count)
 157 {
 158   omp_lock_t lock;
 159   struct int_pair_stack global_stack;
 160   int busy = 1;
 161   int num_threads;
 162
 163   omp_init_lock (&lock);
 164   init_int_pair_stack (&global_stack);
 165   #pragma omp parallel firstprivate (array, count)
 166   {
 167     int lo = 0, hi = 0, mid, next_lo, next_hi;
 168     bool idle = true;
 169     struct int_pair_stack local_stack;
 170
 171     init_int_pair_stack (&local_stack);
 172     if (omp_get_thread_num () == 0)
 173       {
 174         num_threads = omp_get_num_threads ();
 175         hi = count - 1;
 176         idle = false;
 177       }
 178
 179     for (;;)
 180       {
 181         if (hi - lo < THRESHOLD)
 182           {
 183             insertsort (array, lo, hi);
 184             lo = hi;
 185           }
 186         if (lo >= hi)
 187           {
 188             if (size_int_pair_stack (&local_stack) == 0)
 189               {
 190               again:
 191                 omp_set_lock (&lock);
 192                 if (size_int_pair_stack (&global_stack) == 0)
 193                   {
 194                     if (!idle)
 195                       busy--;
 196                     if (busy == 0)
 197                       {
 198                         omp_unset_lock (&lock);
 199                         break;
 200                       }
 201                     omp_unset_lock (&lock);
 202                     idle = true;
 203                     while (size_int_pair_stack (&global_stack) == 0
 204                            && busy)
 205                       busy_wait ();
 206                     goto again;
 207                   }
 208                 if (idle)
 209                   busy++;
 210                 pop_int_pair_stack (&global_stack, &lo, &hi);
 211                 omp_unset_lock (&lock);
 212                 idle = false;
 213               }
 214             else
 215               pop_int_pair_stack (&local_stack, &lo, &hi);
 216           }
 217
 218         mid = partition (array, lo, hi);
 219         if (mid - lo < hi - mid)
 220           {
 221             next_lo = mid;
 222             next_hi = hi;
 223             hi = mid - 1;
 224           }
 225         else
 226           {
 227             next_lo = lo;
 228             next_hi = mid - 1;
 229             lo = mid;
 230           }
 231
 232         if (next_hi - next_lo < THRESHOLD)
 233           insertsort (array, next_lo, next_hi);
 234         else
 235           {
 236             if (size_int_pair_stack (&global_stack) < num_threads - 1)
 237               {
 238                 int size;
 239
 240                 omp_set_lock (&lock);
 241                 size = size_int_pair_stack (&global_stack);
 242                 if (size < num_threads - 1 && size < STACK_SIZE)
 243                   push_int_pair_stack (&global_stack, next_lo, next_hi);
 244                 else
 245                   push_int_pair_stack (&local_stack, next_lo, next_hi);
 246                 omp_unset_lock (&lock);
 247               }
 248             else
 249               push_int_pair_stack (&local_stack, next_lo, next_hi);
 250           }
 251       }
 252     }
 253   omp_destroy_lock (&lock);
 254 }
 255
 256 static void
 257 sort2_1 (int *array, int lo, int hi, int num_threads, int *busy)
 258 {
 259   int mid;
 260
 261   if (hi - lo < THRESHOLD)
 262     {
 263       insertsort (array, lo, hi);
 264       return;
 265     }
 266
 267   mid = partition (array, lo, hi);
 268
 269   if (*busy >= num_threads)
 270     {
 271       sort2_1 (array, lo, mid - 1, num_threads, busy);
 272       sort2_1 (array, mid, hi, num_threads, busy);
 273       return;
 274     }
 275
 276   #pragma omp atomic
 277     *busy += 1;
 278
 279   #pragma omp parallel num_threads (2) \
 280                        firstprivate (array, lo, hi, mid, num_threads, busy)
 281   {
 282     if (omp_get_thread_num () == 0)
 283       sort2_1 (array, lo, mid - 1, num_threads, busy);
 284     else
 285       {
 286         sort2_1 (array, mid, hi, num_threads, busy);
 287         #pragma omp atomic
 288           *busy -= 1;
 289       }
 290   }
 291 }
 292
 293 static void
 294 sort2 (int *array, int count)
 295 {
 296   int num_threads;
 297   int busy = 1;
 298
 299   #pragma omp parallel
 300     #pragma omp single nowait
 301       num_threads = omp_get_num_threads ();
 302
 303   sort2_1 (array, 0, count - 1, num_threads, &busy);
 304 }
 305
 306 #if _OPENMP >= 200805
 307 static void
 308 sort3_1 (int *array, int lo, int hi)
 309 {
 310   int mid;
 311
 312   if (hi - lo < THRESHOLD)
 313     {
 314       insertsort (array, lo, hi);
 315       return;
 316     }
 317
 318   mid = partition (array, lo, hi);
 319   #pragma omp task
 320     sort3_1 (array, lo, mid - 1);
 321   sort3_1 (array, mid, hi);
 322 }
 323
 324 static void
 325 sort3 (int *array, int count)
 326 {
 327   #pragma omp parallel
 328     #pragma omp single
 329       sort3_1 (array, 0, count - 1);
 330 }
 331 #endif
 332
 333 int
 334 main (int argc, char **argv)
 335 {
 336   int i, count = 1000000;
 337   double stime;
 338   int *unsorted, *sorted, num_threads;
 339   if (argc >= 2)
 340     count = strtoul (argv[1], NULL, 0);
 341
 342   unsorted = malloc (count * sizeof (int));
 343   sorted = malloc (count * sizeof (int));
 344   if (unsorted == NULL || sorted == NULL)
 345     {
 346       puts ("allocation failure");
 347       exit (1);
 348     }
 349
 350   srand (0xdeadbeef);
 351   for (i = 0; i < count; i++)
 352     unsorted[i] = rand ();
 353
 354   omp_set_nested (1);
 355   omp_set_dynamic (0);
 356   #pragma omp parallel
 357     #pragma omp single nowait
 358       num_threads = omp_get_num_threads ();
 359   printf ("Threads: %d\n", num_threads);
 360
 361   memcpy (sorted, unsorted, count * sizeof (int));
 362   stime = omp_get_wtime ();
 363   sort1 (sorted, count);
 364   verify ("sort1", stime, sorted, count);
 365
 366   memcpy (sorted, unsorted, count * sizeof (int));
 367   stime = omp_get_wtime ();
 368   sort2 (sorted, count);
 369   verify ("sort2", stime, sorted, count);
 370
 371 #if _OPENMP >= 200805
 372   memcpy (sorted, unsorted, count * sizeof (int));
 373   stime = omp_get_wtime ();
 374   sort3 (sorted, count);
 375   verify ("sort3", stime, sorted, count);
 376 #endif
 377
 378   return 0;
 379 }