Concurrence et parallélisme on INF1410 - Initiation au génie logiciel

Pourquoi la concurrence

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Pourquoi la concurrence#

Le repas gratuit#

Pendant une trentaine d’années, les programmeurs ont profité d’un arrangement remarquable : il suffisait d’attendre. Un programme jugé trop lent en 1995 devenait parfaitement acceptable en 1997, sans qu’une seule ligne soit modifiée, parce que les processeurs devenaient plus rapides d’année en année. Intel vendait des Pentium à 100 MHz en 1994, et des Pentium 4 à plus de 3 GHz en 2002. Le même code en profitait automatiquement, sans effort et sans risque. Herb Sutter a donné à cette période un nom qui est resté, celui du repas gratuit, dans un article de 2005 dont le titre annonçait la mauvaise nouvelle : The Free Lunch Is Over.

Processus et threads

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Processus et threads#

Un programme n’est pas un processus#

Il faut d’abord séparer deux choses que le langage courant confond. Un programme est un fichier, une suite d’instructions posée sur un disque, aussi inerte qu’une partition rangée dans un tiroir. Un processus est ce qui arrive quand on l’exécute. Le système d’exploitation lit le fichier, réserve une zone de mémoire, y installe les instructions et de quoi ranger les données, retient à quelle instruction on en est, tient la liste des fichiers ouverts, et laisse courir. Le même programme lancé trois fois donne trois processus, qui portent le même code et n’ont rien d’autre en commun : trois zones de mémoire distinctes, trois positions différentes dans ce code, trois jeux de fichiers ouverts. C’est ce qui permet à deux fenêtres du même éditeur de texte d’afficher deux documents sans se mélanger, alors qu’elles exécutent exactement les mêmes instructions.

Ce qui casse

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Ce qui casse#

Trois étapes, pas une#

Reprenons le compteur de la sous-section précédente, celui qui donnait 4 000 000 sur un interpréteur et 1 014 951 sur l’autre. La ligne coupable est compteur += 1, et tout tient au fait qu’elle n’est pas une opération mais trois. Le processeur lit la valeur courante en mémoire, l’augmente de un dans un registre, puis écrit le résultat à sa place. Entre la lecture et l’écriture s’écoule un temps minuscule mais réel, et rien n’interdit à l’ordonnanceur d’y glisser un autre thread. Si ce second thread lit à ce moment-là, il obtient la même valeur que le premier, l’augmente lui aussi de un, et l’écrit à son tour. Chacun a ajouté un. Le compteur n’a avancé que d’un. En cuisine, c’est le cuisinier qui goûte la soupe, la trouve fade, et part chercher le sel pendant que son collègue, qui l’a goûtée une seconde plus tôt, y verse déjà le sien.

Ne pas partager

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Ne pas partager#

S’il n’y a rien à protéger#

Tout ce qui cassait dans la sous-section précédente cassait pour une seule raison : deux threads touchaient à la même mémoire. La condition de course vient d’une variable lue par l’un pendant que l’autre l’écrit. Le verrou existe pour empêcher cela. L’interblocage vient de deux verrous. Retirez le partage, et toute la chaîne disparaît avec lui : sans mémoire commune il n’y a rien à protéger, sans rien à protéger il n’y a pas de verrou, et sans verrou il n’y a pas d’interblocage possible. C’est la réponse à la question de Lee, et elle est plus radicale que toutes les règles de discipline : ne pas avoir à poser de verrous, c’est ne rien avoir en commun. En cuisine, c’est le poste de travail. Chaque cuisinier a son couteau, sa planche, ses casseroles, et personne ne prend rien sur le poste d’un autre. Quand un plat doit passer de l’un à l’autre, il est posé sur le passe, et l’autre le prend. Rien n’est jamais tenu à deux.

Ne jamais bloquer

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Ne jamais bloquer#

Dix mille clients#

En 1999, un programmeur nommé Dan Kegel ouvre une page web par une question faussement modeste : « Il est temps que les serveurs web servent dix mille clients en même temps, vous ne trouvez pas ? » Le problème a gardé le nom qu’il lui a donné, C10K, dix mille connexions, et il est resté la page de référence du sujet pendant quinze ans, remise à jour jusqu’en 2014. Ce qui le rendait difficile n’était pas la puissance de calcul. Dix mille personnes qui lisent un site ne demandent presque rien au processeur. Ce qui le rendait difficile, c’est que la manière évidente de s’y prendre ne tient pas.