🧒 🚵🏾 🥒 कयामत 3 बीएफजी स्रोत कोड की समीक्षा करें: मल्टीथ्रेडिंग (4 के भाग 2) 🤧 🧜🏼 🧙🏾

भाग 1: परिचय
भाग 2: गुणा करना
भाग 3: प्रतिपादन (अनुवाद के दौरान नोट - प्रति)
भाग 4: कयामत क्लासिक - एकीकरण (अनुवाद के दौरान प्रति - नोट)

Doom III के लिए इंजन 2000 और 2004 के बीच लिखा गया था, उस समय जब अधिकांश पीसी एकल-प्रोसेसर थे। हालांकि idTech4 इंजन आर्किटेक्चर को SMP के समर्थन को ध्यान में रखते हुए डिजाइन किया गया था, लेकिन अंतिम समय पर मल्टीथ्रेडिंग सपोर्ट ( जॉन कार्मैक के साथ साक्षात्कार देखें ) को समाप्त कर दिया।

तब से, बहुत कुछ बदल गया है, माइक्रोसॉफ्ट का एक अच्छा लेख है " मल्टी-कोर सिस्टम के लिए प्रोग्रामिंग ":

वर्षों से, प्रोसेसर का प्रदर्शन लगातार बढ़ रहा है, और खेल और अन्य कार्यक्रमों को प्रयास की आवश्यकता के बिना सत्ता में इस वृद्धि से लाभ हुआ है।
नियम बदल गए हैं। सिंगल-कोर प्रोसेसर का प्रदर्शन वर्तमान में बहुत धीरे-धीरे बढ़ रहा है, अगर बिल्कुल भी। हालांकि, व्यक्तिगत कंप्यूटर और कंसोल की कंप्यूटिंग शक्ति बढ़ती रहती है। एकमात्र अंतर यह है कि मूल रूप से इस तरह की वृद्धि अब मल्टी-कोर प्रोसेसर की उपस्थिति के कारण प्राप्त हुई है।
प्रोसेसर पावर में वृद्धि पहले की तरह प्रभावशाली है, लेकिन अब डेवलपर्स को इस पावर की क्षमता को पूरी तरह से अनलॉक करने के लिए मल्टी-थ्रेडेड कोड लिखना होगा।

लक्ष्य प्लेटफ़ॉर्म और डूम III बीएफजी मल्टी-कोर हैं:

Xbox 360 में एक क्सीनन त्रि-कोर प्रोसेसर है। प्लेटफ़ॉर्म का एक साथ मल्टीथ्रेडिंग 6 तार्किक कोर है।
PS3 में एक मुख्य इकाई (PPE) है जो पावरपीसी प्रोसेसर और आठ सहक्रियात्मक कोर (SPEs) पर आधारित है।
एक पीसी में अक्सर एक क्वाड-कोर प्रोसेसर होता है। हाइपर-थ्रेडिंग के साथ, इस प्लेटफॉर्म को 8 लॉजिकल कोर मिलते हैं।

नतीजतन, idTech4 को न केवल मल्टीथ्रेडिंग समर्थन के साथ, बल्कि idTech5 के जॉब प्रोसेसिंग सिस्टम के साथ भी प्रबलित किया गया, जो मल्टी-कोर सिस्टम के लिए समर्थन जोड़ता है।

नोट: बहुत पहले नहीं, Xbox One और PS4 के विनिर्देशों की घोषणा की गई थी: दोनों में आठ कोर होंगे। किसी भी गेम डेवलपर के लिए मल्टीथ्रेडेड प्रोग्रामिंग में अच्छा होने का एक और कारण है।

कयामत 3 BFG थ्रेड मॉडल

एक पीसी पर, खेल तीन धागों में चलता है:

बैकएंड इंटरफ़ेस रेंडरिंग स्ट्रीम (GPU कमांड भेजना)
गेम लॉजिक और फ्रंटएंड इंटरफ़ेस रेंडरिंग का प्रवाह
उच्च आवृत्ति जॉयस्टिक (250 हर्ट्ज) से डेटा इनपुट स्ट्रीम

इसके अलावा, idTech4 दो और वर्कफ़्लो बनाता है। उन्हें तीन मुख्य धाराओं में से किसी की मदद करने की आवश्यकता है। जब भी संभव हो वे अनुसूचक द्वारा प्रबंधित किए जाते हैं।

मुख्य विचार

Id Software ने Beyond Programming Shaders की प्रस्तुति में 2009 के मल्टी-कोर प्रोग्रामिंग समाधान का अनावरण किया। दो मुख्य विचार यहाँ:

अलग-अलग थ्रेड द्वारा प्रसंस्करण के लिए अलग-अलग कार्य प्रसंस्करण ("श्रमिकों" द्वारा "नौकरी")
ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए सिंक्रोनाइज़ेशन को डेलिगेट करने से बचें: इसे स्वयं ही परमाणु संचालन के लिए करें

सिस्टम के घटक

प्रणाली में 3 घटक होते हैं:

कार्य (नौकरियां)
हैंडलर (श्रमिक)
सिंक (तुल्यकालन)

कार्य वास्तव में आप क्या उम्मीद करेंगे:

struct job_t { void (* function )(void *); // Job instructions void * data; // Job parameters int executed; // Job end marker...Not used. };

नोट: कोड में टिप्पणियों के अनुसार, "स्विचिंग की लागत को कम करने के लिए कार्य को कम से कम 1000 चक्रों में से एक होना चाहिए। दूसरी ओर, कई प्रक्रियाओं के बीच एक अच्छा लोड संतुलन बनाए रखने के लिए कार्य को कुछ 100,000 चक्रों से अधिक नहीं होना चाहिए।
एक हैंडलर एक धागा है जो सिग्नल की प्रतीक्षा करते समय निष्क्रिय रहेगा। जब यह सक्रिय होता है तो यह एक कार्य खोजने की कोशिश करता है। हैंडलर परमाणु संचालन का उपयोग करके सिंक्रनाइज़ेशन से बचने की कोशिश करते हैं, सामान्य सूची से नौकरी पाने की कोशिश करते हैं।

सिंक्रोनाइज़ेशन तीन प्राइमिटिव्स के माध्यम से किया जाता है: सिग्नल, म्यूटेक्स और परमाणु संचालन। उत्तरार्द्ध को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि यह इंजन को सीपीयू का ध्यान बनाए रखने की अनुमति देता है। उनके कार्यान्वयन को इस पृष्ठ के नीचे विस्तार से वर्णित किया गया है।

आर्किटेक्चर

उपतंत्र का मस्तिष्क ParalleleJobManager है। वह थ्रेड हैंडलर को जगाने और उन कतारों को बनाने के लिए जिम्मेदार है जिनमें कार्यों को संग्रहीत किया जाता है।

और सिंक्रनाइज़ेशन को बायपास करने का पहला विचार: नौकरी की सूचियों को कई खंडों में विभाजित करने के लिए, जिनमें से प्रत्येक को केवल एक थ्रेड द्वारा एक्सेस किया जाता है और इसलिए, सिंक्रनाइज़ेशन की आवश्यकता नहीं है। इंजन में, इस तरह की कतारों को idParallelJobList कहा जाता है।

Doom III BFG में केवल तीन खंड हैं:

रेंडर फ्रंटेंड-ए
रेंडर बैकएंड-ए
उपयोगिताएँ

एक पीसी पर, स्टार्टअप पर दो वर्कफ़्लोज़ बनाए जाते हैं, लेकिन शायद XBox360 और PS3 पर अधिक बनाए जाते हैं।

2009 की प्रस्तुति के अनुसार, idTech5 में अधिक अनुभाग जोड़े गए थे:

दोष का पता लगाना
एनीमेशन प्रसंस्करण
बाधा से बचाव
बनावट प्रसंस्करण
कण पारदर्शिता प्रसंस्करण
ऊतक सिमुलेशन
पानी की सतह सिमुलेशन
विस्तृत मॉडल पीढ़ी

नोट: प्रस्तुति में एक-फ्रेम देरी की अवधारणा का भी उल्लेख किया गया है, लेकिन कोड का यह हिस्सा डूम III बीएफजी पर लागू नहीं होता है।

कार्य का वितरण

रनिंग हैंडलर लगातार नौकरी का इंतजार कर रहे हैं। इस प्रक्रिया में म्यूटेक्स या मॉनिटर के उपयोग की आवश्यकता नहीं है: परमाणु वृद्धि ओवरलैपिंग के बिना कार्यों को वितरित करती है।

के उपयोग

चूंकि कार्यों को केवल एक धागे तक पहुंच योग्य वर्गों में विभाजित किया गया है, इसलिए सिंक्रनाइज़ेशन आवश्यक नहीं है। हालाँकि, सिस्टम हैंडलर को कार्य प्रदान करना एक म्यूटेक्स करता है:

  //tr.frontEndJobList is a idParallelJobList object. for ( viewLight_t * vLight = tr.viewDef->viewLights; vLight != NULL; vLight = vLight->next ) { tr.frontEndJobList->AddJob( (jobRun_t)R_AddSingleLight, vLight ); } tr.frontEndJobList->Submit(); tr.frontEndJobList->Wait();

विधि:

किसी कार्य को जोड़ना : सिंक्रनाइज़ेशन की कोई आवश्यकता नहीं है, कार्यों को कतार में जोड़ा जाता है
डिस्पैच : म्यूटेक्स सिंक्रनाइज़ेशन, प्रत्येक हैंडलर अपने स्थानीय जॉबलिस्ट से सामान्य जॉबलिस्ट की भरपाई करता है।
सिंक्रनाइज़ेशन सिग्नल (OS डेलिगेशन) :

हैंडलर को कैसे निष्पादित किया जाता है

हैंडलर एक अनंत लूप में निष्पादित होते हैं। प्रत्येक पुनरावृत्ति में, एक रिंग बफर की जांच की जाती है, और यदि कार्य पाया जाता है, तो इसे स्थानीय स्टैक के संदर्भ में कॉपी किया जाता है।

स्थानीय ढेर: तंत्र को रोकने से रोकने के लिए जॉबलिस्ट के पते को स्टोर करने के लिए एक थ्रेड स्टैक का उपयोग किया जाता है। यदि थ्रेड जॉबलिस्ट को "ब्लॉक" नहीं कर सकता है, तो यह RUN_STALLED मोड में आता है। स्थानीय जॉबलिस्ट से सामान्य सूची में स्टैक को स्थानांतरित करके इस रोक को रद्द किया जा सकता है।

दिलचस्प बात यह है कि सब कुछ किसी भी आपसी तंत्र के बिना किया जाएगा: केवल परमाणु संचालन।

अंतहीन पाश

 int idJobThread::Run() { threadJobListState_t threadJobListState[MAX_JOBLISTS]; while ( !IsTerminating() ) { int currentJobList = 0; // fetch any new job lists and add them to the local list in threadJobListState {} if ( lastStalledJobList < 0 ) // find the job list with the highest priority else // try to hide the stall with a job from a list that has equal or higher priority currentJobList = X; // try running one or more jobs from the current job list int result = threadJobListState[currentJobList].jobList->RunJobs( threadNum, threadJobListState[currentJobList], singleJob ); // Analyze how job running went if ( ( result & idParallelJobList_Threads::RUN_DONE ) != 0 ) { // done with this job list so remove it from the local list (threadJobListState[currentJobList]) } else if ( ( result & idParallelJobList_Threads::RUN_STALLED ) != 0 ) { lastStalledJobList = currentJobList; } else { lastStalledJobList = -1; } } }

नौकरी का शुभारंभ

 int idParallelJobList::RunJobs( unsigned int threadNum, threadJobListState_t & state, bool singleJob ) { // try to lock to fetch a new job if ( fetchLock.Increment() == 1 ) { // grab a new job state.nextJobIndex = currentJob.Increment() - 1; // release the fetch lock fetchLock.Decrement(); } else { // release the fetch lock fetchLock.Decrement(); // another thread is fetching right now so consider stalled return ( result | RUN_STALLED ); } // Run job jobList[state.nextJobIndex].function( jobList[state.nextJobIndex].data ); // if at the end of the job list we're done if ( state.nextJobIndex >= jobList.Num() ) { return ( result | RUN_DONE ); } return ( result | RUN_PROGRESS ); }

आईडी सॉफ्टवेयर सिंक उपकरण

Id सॉफ्टवेयर तीन प्रकार के सिंक्रोनाइज़ेशन तंत्र का उपयोग करता है:
1. मॉनिटर्स (idSysSignal):

मतिहीनता	आपरेशन	कार्यान्वयन	टिप्पणी
idSysSignal		इवेंट ऑब्जेक्ट
	बढ़ाएं	SetEvent	ऑब्जेक्ट की निर्दिष्ट घटना को एक संकेत स्थिति में सेट करता है।
	स्पष्ट	ResetEvent	ऑब्जेक्ट की निर्दिष्ट घटना को एक गैर-सिग्नल स्थिति पर सेट करता है।
	प्रतीक्षा	WaitForSingleObject	प्रतीक्षा तब तक होती है जब तक कि निर्दिष्ट ऑब्जेक्ट सिग्नल की स्थिति में न हो या जब तक टाइमआउट समाप्त न हो जाए।

सिग्नल का उपयोग प्रवाह को रोकने के लिए किया जाता है। हैंडलर idSysSignal.Wait () का उपयोग करते हैं यदि ऑपरेटिंग सिस्टम शेड्यूलर से खुद को हटाने के लिए यदि नौकरियां गायब हैं

2. म्यूटेक्स (idSysMutex):

मतिहीनता	आपरेशन	कार्यान्वयन	टिप्पणी
idSysMutex		महत्वपूर्ण खंड वस्तुओं
	ताला	EnterCriticalSection	निर्दिष्ट महत्वपूर्ण खंड ऑब्जेक्ट के लिए प्रतीक्षा करता है। फ़ंक्शन तब वापस आता है जब कॉलिंग थ्रेड को गुण प्राप्त होता है।
	अनलॉक	LeaveCriticalSection	महत्वपूर्ण खंड के निर्दिष्ट ऑब्जेक्ट की प्राप्ति को लागू करता है।

3. परमाणु संचालन (idSysInterlockedInteger):

मतिहीनता	आपरेशन	कार्यान्वयन	टिप्पणी
idSysInterlockedInteger		इंटरलॉक किए गए चर
	वेतन वृद्धि	InterlockedIncrementAcquire	परमाणु ऑपरेशन के रूप में दिए गए 32-बिट चर के मूल्य में वृद्धि। ऑपरेशन में "अधिग्रहित" शब्दार्थ है।
	घटती	InterlockedDecrementRelease	परमाणु ऑपरेशन के रूप में दिए गए 32-बिट चर का मान घटाएँ। ऑपरेशन में "रिलीज़" का शब्दार्थ है।

कयामत 3 बीएफजी स्रोत कोड की समीक्षा करें: मल्टीथ्रेडिंग (4 के भाग 2)