xref: /llvm-project/libcxx/test/benchmarks/stop_token.bench.cpp (revision 9ebc6f5d6d333ec38d9a8231414bbd4d58fa83e9)
178b4b5ccSLouis Dionne //===----------------------------------------------------------------------===//
26a54dfbfSLouis Dionne //
378b4b5ccSLouis Dionne // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
478b4b5ccSLouis Dionne // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
578b4b5ccSLouis Dionne // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
678b4b5ccSLouis Dionne //
778b4b5ccSLouis Dionne //===----------------------------------------------------------------------===//
878b4b5ccSLouis Dionne 
9b2d24947SLouis Dionne // UNSUPPORTED: c++03, c++11, c++14, c++17
10b2d24947SLouis Dionne 
11*9ebc6f5dSNikolas Klauser #include <cstdint>
12b2d24947SLouis Dionne #include <optional>
1378b4b5ccSLouis Dionne #include <stop_token>
1478b4b5ccSLouis Dionne #include <thread>
1578b4b5ccSLouis Dionne 
1678b4b5ccSLouis Dionne #include "benchmark/benchmark.h"
1778b4b5ccSLouis Dionne #include "make_test_thread.h"
1878b4b5ccSLouis Dionne 
1978b4b5ccSLouis Dionne using namespace std::chrono_literals;
2078b4b5ccSLouis Dionne 
2178b4b5ccSLouis Dionne // We have a single thread created by std::jthread consuming the stop_token:
2278b4b5ccSLouis Dionne // polling for stop_requested.
2378b4b5ccSLouis Dionne void BM_stop_token_single_thread_polling_stop_requested(benchmark::State& state) {
2478b4b5ccSLouis Dionne   auto thread_func = [&](std::stop_token st, std::atomic<std::uint64_t>* loop_count) {
2578b4b5ccSLouis Dionne     while (!st.stop_requested()) {
2678b4b5ccSLouis Dionne       // doing some work
2778b4b5ccSLouis Dionne       loop_count->fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
2878b4b5ccSLouis Dionne     }
2978b4b5ccSLouis Dionne   };
3078b4b5ccSLouis Dionne 
3178b4b5ccSLouis Dionne   std::atomic<std::uint64_t> loop_count(0);
3278b4b5ccSLouis Dionne   std::uint64_t total_loop_test_param = state.range(0);
3378b4b5ccSLouis Dionne 
3478b4b5ccSLouis Dionne   auto thread = support::make_test_jthread(thread_func, &loop_count);
3578b4b5ccSLouis Dionne 
3678b4b5ccSLouis Dionne   for (auto _ : state) {
3778b4b5ccSLouis Dionne     auto start_total = loop_count.load(std::memory_order_relaxed);
3878b4b5ccSLouis Dionne 
3978b4b5ccSLouis Dionne     while (loop_count.load(std::memory_order_relaxed) - start_total < total_loop_test_param) {
4078b4b5ccSLouis Dionne       std::this_thread::yield();
4178b4b5ccSLouis Dionne     }
4278b4b5ccSLouis Dionne   }
4378b4b5ccSLouis Dionne }
4478b4b5ccSLouis Dionne 
4578b4b5ccSLouis Dionne BENCHMARK(BM_stop_token_single_thread_polling_stop_requested)->RangeMultiplier(2)->Range(1 << 10, 1 << 24);
4678b4b5ccSLouis Dionne 
4778b4b5ccSLouis Dionne // We have multiple threads polling for stop_requested of the same stop_token.
4878b4b5ccSLouis Dionne void BM_stop_token_multi_thread_polling_stop_requested(benchmark::State& state) {
4978b4b5ccSLouis Dionne   std::atomic<bool> start{false};
5078b4b5ccSLouis Dionne 
5178b4b5ccSLouis Dionne   auto thread_func = [&start](std::atomic<std::uint64_t>* loop_count, std::stop_token st) {
5278b4b5ccSLouis Dionne     start.wait(false);
5378b4b5ccSLouis Dionne     while (!st.stop_requested()) {
5478b4b5ccSLouis Dionne       // doing some work
5578b4b5ccSLouis Dionne       loop_count->fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
5678b4b5ccSLouis Dionne     }
5778b4b5ccSLouis Dionne   };
5878b4b5ccSLouis Dionne 
5978b4b5ccSLouis Dionne   constexpr size_t thread_count = 20;
6078b4b5ccSLouis Dionne 
6178b4b5ccSLouis Dionne   std::uint64_t total_loop_test_param = state.range(0);
6278b4b5ccSLouis Dionne 
6378b4b5ccSLouis Dionne   std::vector<std::atomic<std::uint64_t>> loop_counts(thread_count);
6478b4b5ccSLouis Dionne   std::stop_source ss;
6578b4b5ccSLouis Dionne   std::vector<std::jthread> threads;
6678b4b5ccSLouis Dionne   threads.reserve(thread_count);
6778b4b5ccSLouis Dionne 
6878b4b5ccSLouis Dionne   for (size_t i = 0; i < thread_count; ++i) {
6978b4b5ccSLouis Dionne     threads.emplace_back(support::make_test_jthread(thread_func, &loop_counts[i], ss.get_token()));
7078b4b5ccSLouis Dionne   }
7178b4b5ccSLouis Dionne 
7278b4b5ccSLouis Dionne   auto get_total_loop = [&loop_counts] {
7378b4b5ccSLouis Dionne     std::uint64_t total = 0;
7478b4b5ccSLouis Dionne     for (const auto& loop_count : loop_counts) {
7578b4b5ccSLouis Dionne       total += loop_count.load(std::memory_order_relaxed);
7678b4b5ccSLouis Dionne     }
7778b4b5ccSLouis Dionne     return total;
7878b4b5ccSLouis Dionne   };
7978b4b5ccSLouis Dionne 
8078b4b5ccSLouis Dionne   start = true;
8178b4b5ccSLouis Dionne   start.notify_all();
8278b4b5ccSLouis Dionne 
8378b4b5ccSLouis Dionne   for (auto _ : state) {
8478b4b5ccSLouis Dionne     auto start_total = get_total_loop();
8578b4b5ccSLouis Dionne 
8678b4b5ccSLouis Dionne     while (get_total_loop() - start_total < total_loop_test_param) {
8778b4b5ccSLouis Dionne       std::this_thread::yield();
8878b4b5ccSLouis Dionne     }
8978b4b5ccSLouis Dionne   }
9078b4b5ccSLouis Dionne 
9178b4b5ccSLouis Dionne   ss.request_stop();
9278b4b5ccSLouis Dionne }
9378b4b5ccSLouis Dionne 
9478b4b5ccSLouis Dionne BENCHMARK(BM_stop_token_multi_thread_polling_stop_requested)->RangeMultiplier(2)->Range(1 << 10, 1 << 24);
9578b4b5ccSLouis Dionne 
9678b4b5ccSLouis Dionne // We have a single thread created by std::jthread consuming the stop_token:
9778b4b5ccSLouis Dionne // registering/deregistering callbacks, one at a time.
9878b4b5ccSLouis Dionne void BM_stop_token_single_thread_reg_unreg_callback(benchmark::State& state) {
9978b4b5ccSLouis Dionne   auto thread_func = [&](std::stop_token st, std::atomic<std::uint64_t>* reg_count) {
10078b4b5ccSLouis Dionne     while (!st.stop_requested()) {
10178b4b5ccSLouis Dionne       std::stop_callback cb{st, [&]() noexcept {}};
10278b4b5ccSLouis Dionne       benchmark::DoNotOptimize(cb);
10378b4b5ccSLouis Dionne       reg_count->fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
10478b4b5ccSLouis Dionne     }
10578b4b5ccSLouis Dionne   };
10678b4b5ccSLouis Dionne 
10778b4b5ccSLouis Dionne   std::atomic<std::uint64_t> reg_count(0);
10878b4b5ccSLouis Dionne   std::uint64_t total_reg_test_param = state.range(0);
10978b4b5ccSLouis Dionne 
11078b4b5ccSLouis Dionne   auto thread = support::make_test_jthread(thread_func, &reg_count);
11178b4b5ccSLouis Dionne 
11278b4b5ccSLouis Dionne   for (auto _ : state) {
11378b4b5ccSLouis Dionne     auto start_total = reg_count.load(std::memory_order_relaxed);
11478b4b5ccSLouis Dionne 
11578b4b5ccSLouis Dionne     while (reg_count.load(std::memory_order_relaxed) - start_total < total_reg_test_param) {
11678b4b5ccSLouis Dionne       std::this_thread::yield();
11778b4b5ccSLouis Dionne     }
11878b4b5ccSLouis Dionne   }
11978b4b5ccSLouis Dionne }
12078b4b5ccSLouis Dionne BENCHMARK(BM_stop_token_single_thread_reg_unreg_callback)->RangeMultiplier(2)->Range(1 << 10, 1 << 24);
12178b4b5ccSLouis Dionne 
12278b4b5ccSLouis Dionne // At startup, it creates a single stop_source which it will then pass an associated stop_token to every
12378b4b5ccSLouis Dionne // request.
12478b4b5ccSLouis Dionne //
12578b4b5ccSLouis Dionne // Assume a thread-pool handles these requests and for each request it polls for stop_requested(), then attaches a
12678b4b5ccSLouis Dionne // stop-callback, does some work, then detaches the stop-callback some time later. The lifetime of requests/callbacks
12778b4b5ccSLouis Dionne // would overlap with other requests/callback from the same thread.
12878b4b5ccSLouis Dionne //
12978b4b5ccSLouis Dionne // Say something like each thread keeping a circular buffer of N stop-callbacks and destroying the stop-callbacks in
13078b4b5ccSLouis Dionne // FIFO order
13178b4b5ccSLouis Dionne void BM_stop_token_async_reg_unreg_callback(benchmark::State& state) {
13278b4b5ccSLouis Dionne   struct dummy_stop_callback {
13378b4b5ccSLouis Dionne     void operator()() const noexcept {}
13478b4b5ccSLouis Dionne   };
13578b4b5ccSLouis Dionne 
13678b4b5ccSLouis Dionne   constexpr size_t thread_count             = 20;
13778b4b5ccSLouis Dionne   constexpr size_t concurrent_request_count = 1000;
13878b4b5ccSLouis Dionne   std::atomic<bool> start{false};
13978b4b5ccSLouis Dionne 
14078b4b5ccSLouis Dionne   std::uint64_t total_reg_test_param = state.range(0);
14178b4b5ccSLouis Dionne   std::vector<std::atomic<std::uint64_t>> reg_counts(thread_count);
14278b4b5ccSLouis Dionne 
14378b4b5ccSLouis Dionne   std::stop_source ss;
14478b4b5ccSLouis Dionne   std::vector<std::jthread> threads;
14578b4b5ccSLouis Dionne   threads.reserve(thread_count);
14678b4b5ccSLouis Dionne 
14778b4b5ccSLouis Dionne   auto thread_func = [&start](std::atomic<std::uint64_t>* count, std::stop_token st) {
14878b4b5ccSLouis Dionne     std::vector<std::optional<std::stop_callback<dummy_stop_callback>>> cbs(concurrent_request_count);
14978b4b5ccSLouis Dionne 
15078b4b5ccSLouis Dionne     start.wait(false);
15178b4b5ccSLouis Dionne 
15278b4b5ccSLouis Dionne     std::uint32_t index = 0;
15378b4b5ccSLouis Dionne     while (!st.stop_requested()) {
15478b4b5ccSLouis Dionne       cbs[index].emplace(st, dummy_stop_callback{});
15578b4b5ccSLouis Dionne       index = (index + 1) % concurrent_request_count;
15678b4b5ccSLouis Dionne       count->fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);
15778b4b5ccSLouis Dionne     }
15878b4b5ccSLouis Dionne   };
15978b4b5ccSLouis Dionne 
16078b4b5ccSLouis Dionne   for (size_t i = 0; i < thread_count; ++i) {
16178b4b5ccSLouis Dionne     threads.emplace_back(support::make_test_jthread(thread_func, &reg_counts[i], ss.get_token()));
16278b4b5ccSLouis Dionne   }
16378b4b5ccSLouis Dionne 
16478b4b5ccSLouis Dionne   auto get_total_reg = [&] {
16578b4b5ccSLouis Dionne     std::uint64_t total = 0;
16678b4b5ccSLouis Dionne     for (const auto& reg_count : reg_counts) {
16778b4b5ccSLouis Dionne       total += reg_count.load(std::memory_order_relaxed);
16878b4b5ccSLouis Dionne     }
16978b4b5ccSLouis Dionne     return total;
17078b4b5ccSLouis Dionne   };
17178b4b5ccSLouis Dionne 
17278b4b5ccSLouis Dionne   start = true;
17378b4b5ccSLouis Dionne   start.notify_all();
17478b4b5ccSLouis Dionne 
17578b4b5ccSLouis Dionne   for (auto _ : state) {
17678b4b5ccSLouis Dionne     auto start_total = get_total_reg();
17778b4b5ccSLouis Dionne 
17878b4b5ccSLouis Dionne     while (get_total_reg() - start_total < total_reg_test_param) {
17978b4b5ccSLouis Dionne       std::this_thread::yield();
18078b4b5ccSLouis Dionne     }
18178b4b5ccSLouis Dionne   }
18278b4b5ccSLouis Dionne 
18378b4b5ccSLouis Dionne   ss.request_stop();
18478b4b5ccSLouis Dionne }
18578b4b5ccSLouis Dionne BENCHMARK(BM_stop_token_async_reg_unreg_callback)->RangeMultiplier(2)->Range(1 << 10, 1 << 24);
18678b4b5ccSLouis Dionne 
18778b4b5ccSLouis Dionne BENCHMARK_MAIN();
188