Init

lab03_gil/solution.py

@@ -0,0 +1,116 @@
+# -*- coding: utf-8 -*-
+"""Лабораторная работа 3: GIL — почему потоки не ускоряют CPU-код.
+
+Заполните функции ниже. ИНТЕРФЕЙСЫ МЕНЯТЬ НЕЛЬЗЯ — по ним работают
+автотесты (tests/test_lab03.py).
+
+Запуск из корня курса:
+    python lab03_gil/solution.py
+"""
+import hashlib
+import os
+import sys
+import time
+
+sys.path.insert(0, os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), "..")))
+
+from common.benchmark import save_speedup_plot, time_call
+from common.tasks import TASKS, get_variant
+
+# TODO: впишите свой номер в журнале (1..20)
+VARIANT_NUMBER = 0
+
+
+def run_task_on_threads(task_name: str, params: dict, p: int):
+    """Выполнить CPU-задачу на p потоках (ThreadPoolExecutor).
+
+    Каждый поток получает свой кусок (task['split']) и выполняет task['kernel'].
+    Вернуть (checksum, elapsed_seconds). checksum обязан совпасть с
+    последовательным запуском — иначе разбиение/сборка неверны.
+
+    Подсказка: потоки, в отличие от процессов, не требуют пиккелируемости —
+    task["kernel"] можно вызывать прямо в воркере.
+    """
+    task = TASKS[task_name]
+    # TODO: build -> split -> pool.map(kernel, chunks) -> combine -> checksum
+    raise NotImplementedError
+
+
+def measure_cpu_threads(task_name: str, params: dict, p_list):
+    """Замеры T(p) на потоках для чистого-Python задачи.
+
+    Вернуть dict {p: лучшее_время}. p=1 — база. Проверять совпадение
+    checksum при каждом p!
+    """
+    # TODO: для каждого p -> time_call(run_task_on_threads, ..., repeats=3)
+    raise NotImplementedError
+
+
+def measure_gil_release(p_list, block_size=1 << 20, blocks_per_part=32):
+    """Замеры T(p) для hashlib (освобождает GIL на длинных вызовах).
+
+    Готовит данные заранее: W = blocks_per_part * max(p_list) блоков по
+    block_size байт (os.urandom). Общий объём W делится между p потоками —
+    как в CPU-замерах. Вернуть dict {p: лучшее_время}, checksum проверять.
+
+    ВАЖНО: блоки должны быть большими (≥ 256 КБ). На коротких вызовах GIL
+    возвращается мгновенно и ускорение пропадает. Сравните block_size=4096
+    и block_size=1<<20 в отчёте!
+    """
+    # TODO: данные -> деление на p кусков -> ThreadPoolExecutor ->
+    #       hashlib.sha256(блок).digest() -> checksum -> {p: время}
+    raise NotImplementedError
+
+
+def gil_status():
+    """Вернуть (версия_python, gil_enabled: bool).
+
+    Используйте sys._is_gil_enabled() (Python 3.13+); если атрибута нет,
+    считайте GIL включённым.
+    """
+    raise NotImplementedError
+
+
+def main():
+    v = get_variant(VARIANT_NUMBER)
+    print(f"Вариант {v['variant']}: {v['describe']}\n")
+
+    ver, gil = gil_status()
+    print(f"Python {ver}, GIL включён: {gil}\n")
+
+    # --- 1. Чистый Python: S(p) ≈ 1 ---------------------------------------
+    t_cpu = measure_cpu_threads(v["task_name"], v["cpu_params"], v["p_list"])
+    print("Чистый Python (GIL не отпускается):")
+    base = t_cpu[1]
+    for p, t in sorted(t_cpu.items()):
+        print(f"  p={p}: T={t:.3f} c  S={base / t:.2f}")
+
+    # --- 2. hashlib: S(p) > 1 ---------------------------------------------
+    t_hash = measure_gil_release(v["p_list"])
+    print("\nhashlib SHA-256 (GIL отпускается, блоки 1 МБ):")
+    base = t_hash[1]
+    for p, t in sorted(t_hash.items()):
+        print(f"  p={p}: T={t:.3f} c  S={base / t:.2f}")
+
+    # --- 2b. Мелкие блоки: ускорение должно исчезнуть ----------------------
+    t_small = measure_gil_release(v["p_list"], block_size=4096,
+                                  blocks_per_part=8000)
+    print("\nhashlib SHA-256 (блоки 4 КБ — GIL возвращается сразу):")
+    base = t_small[1]
+    for p, t in sorted(t_small.items()):
+        print(f"  p={p}: T={t:.3f} c  S={base / t:.2f}")
+
+    # --- 3. График ----------------------------------------------------------
+    save_speedup_plot(
+        {"чистый Python": sorted(t_cpu.items()),
+         "hashlib 1 МБ (released GIL)": sorted(t_hash.items()),
+         "hashlib 4 КБ": sorted(t_small.items())},
+        f"GIL: ускорение потоками (Python {ver})",
+        os.path.join(os.path.dirname(__file__), "speedup.png"))
+
+    # TODO: в отчёт — таблицу серий, график, объяснение разницы кривых,
+    # ответы на контрольные вопросы из методички.
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()