chiark / gitweb /
predeclare preconsider_ok and multicore_check_for_new_best (no functional change)
[matchsticks-search.git] / main.c
diff --git a/main.c b/main.c
index 43cfc3e..8d006d9 100644 (file)
--- a/main.c
+++ b/main.c
  * GNU General Public License for more details.
  */
 
+#define _GNU_SOURCE
+
+#include <publib.h>
+
 #include <stdio.h>
 #include <stdint.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
 #include <assert.h>
+#include <unistd.h>
 #include <stdbool.h>
 #include <inttypes.h>
+#include <sys/types.h>
+#include <sys/wait.h>
+#include <sys/uio.h>
+#include <sys/fcntl.h>
 
-#include <publib.h>
 #include <glpk.h>
 
 /*
@@ -88,6 +96,221 @@ static AdjWord *best_adjmatrix;
 
 static unsigned printcounter;
 
+static void iterate(void);
+static void iterate_recurse(int i, AdjWord min);
+static bool preconsider_ok(int nwords, bool doprint);
+static void optimise(bool doprint);
+
+static void progress_eol(void) {
+  fprintf(stderr,"        \r");
+  fflush(stderr);
+}
+
+/*----- multicore support -----*/
+
+/*
+ * Multicore protocol
+ *
+ * We fork into:
+ *   - master (parent)
+ *   - generator
+ *   - ncpu workers
+ *
+ * ipc facilities:
+ *   - one pipe ("work") from generator to workers
+ *   - ever-extending file ("bus") containing new "best" values
+ *   - one file for each worker giving maxhamweight and adjmatrix for best
+ *
+ * generator runs iterate_recurse to a certain depth and writes the
+ * candidates to a pipe
+ *
+ * workers read candidates from the pipe and resume iterate_recurse
+ * halfway through the recursion
+ *
+ * whenever a worker does a doprint, it checks the bus for new best
+ * value; actual best values are appended
+ *
+ * master waits for generator and all workers to finish and then
+ * runs optimise() for each worker's best, then prints
+ */ 
+
+static int ncpus = 0, multicore_iteration_boundary = INT_MAX;
+
+static int mc_bus, mc_work[2];
+static off_t mc_bus_read;
+
+typedef struct {
+  int w;
+  FILE *results;
+  pid_t pid;
+} Worker;
+static Worker *mc_us;
+
+static void multicore_check_for_new_best(void);
+
+#define MAX_NIOVS 3
+static AdjWord mc_iter_min;
+static int mc_niovs;
+static size_t mc_iovlen;
+static struct iovec mc_iov[MAX_NIOVS];
+
+#define IOV0 (mc_niovs = mc_iovlen = 0)
+
+#define IOV(obj, count) ({                             \
+    assert(mc_niovs < MAX_NIOVS);                      \
+    mc_iov[mc_niovs].iov_base = &(obj);                        \
+    mc_iov[mc_niovs].iov_len = sizeof(obj) * (count);  \
+    mc_iovlen += mc_iov[mc_niovs].iov_len;              \
+    mc_niovs++;                                                \
+  })
+
+static void mc_rwvsetup_outer(void) {
+  IOV0;
+  IOV(maxhamweight, 1);
+  IOV(mc_iter_min, 1);
+  IOV(*adjmatrix, multicore_iteration_boundary);
+}
+
+static void mc_rwvsetup_full(void) {
+  IOV0;
+  IOV(*adjmatrix, n);
+}
+
+static void vlprintf(const char *fmt, va_list al) {
+  vfprintf(stderr,fmt,al);
+  progress_eol();
+}
+
+static void LPRINTF(const char *fmt, ...) {
+  va_list al;
+  va_start(al,fmt);
+  vlprintf(fmt,al);
+  va_end(al);
+}
+
+static void mc_awaitpid(int wnum, pid_t pid) {
+  LPRINTF("master awaiting %2d [%ld]",wnum,(long)pid);
+  int status;
+  pid_t got = waitpid(pid, &status, 0);
+  assert(got == pid);
+  if (status) {
+    fprintf(stderr,"\nFAILED SUBPROC %2d [%ld] %d\n",
+           wnum, (long)pid, status);
+    exit(-1);
+  }
+}
+
+static void multicore_outer_iteration(int i, AdjWord min) {
+  assert(i == multicore_iteration_boundary);
+  mc_iter_min = min;
+  mc_rwvsetup_outer();
+  ssize_t r = writev(mc_work[1], mc_iov, mc_niovs);
+  assert(r == mc_iovlen);
+  /* effectively, this writev arranges to transfers control
+   * to some worker's instance of iterate_recurse via mc_iterate_worker */
+}
+
+static void mc_iterate_worker(void) {
+  for (;;) {
+    mc_rwvsetup_outer();
+    ssize_t r = readv(mc_work[0], mc_iov, mc_niovs);
+    if (r == 0) break;
+    assert(r == mc_iovlen);
+
+    /* stop iterate_recurse from trying to run multicore_outer_iteration */
+    int mc_org_it_bound = multicore_iteration_boundary;
+    multicore_iteration_boundary = INT_MAX;
+    iterate_recurse(mc_org_it_bound, mc_iter_min);
+    multicore_iteration_boundary = mc_org_it_bound;
+  }
+  LPRINTF("worker %2d reporting",mc_us->w);
+  if (best_adjmatrix) {
+    adjmatrix = best_adjmatrix;
+    mc_rwvsetup_full();
+    ssize_t r = writev(fileno(mc_us->results), mc_iov, mc_niovs);
+    assert(r == mc_iovlen);
+  }
+  LPRINTF("worker %2d ending",mc_us->w);
+  exit(0);
+}
+
+static void multicore(void) {
+  Worker *mc_workers;
+  int w;
+  pid_t genpid;
+
+  multicore_iteration_boundary = n / 2;
+
+  FILE *busf = tmpfile();  assert(busf);
+  mc_bus = fileno(busf);
+  int r = fcntl(mc_bus, F_GETFL);  assert(r >= 0);
+  r |= O_APPEND;
+  r = fcntl(mc_bus, F_SETFL, r);  assert(r >= 0);
+
+  r = pipe(mc_work);  assert(!r);
+
+  mc_workers = xmalloc(sizeof(*mc_workers) * ncpus);
+  for (w=0; w<ncpus; w++) {
+    mc_workers[w].w = w;
+    mc_workers[w].results = tmpfile();  assert(mc_workers[w].results);
+    mc_workers[w].pid = fork();  assert(mc_workers[w].pid >= 0);
+    if (!mc_workers[w].pid) {
+      mc_us = &mc_workers[w];
+      close(mc_work[1]);
+      LPRINTF("worker %2d running", w);
+      mc_iterate_worker();
+      exit(0);
+    }
+  }
+
+  close(mc_work[0]);
+
+  genpid = fork();  assert(genpid >= 0);
+  if (!genpid) {
+    LPRINTF("generator running");
+    iterate();
+    exit(0);
+  }
+
+  close(mc_work[1]);
+  mc_awaitpid(-1, genpid);
+  for (w=0; w<ncpus; w++)
+    mc_awaitpid(w, mc_workers[w].pid);
+
+  for (w=0; w<ncpus; w++) {
+    mc_rwvsetup_full();
+    LPRINTF("reading report from %2d",w);
+    ssize_t sr = preadv(fileno(mc_workers[w].results), mc_iov, mc_niovs, 0);
+    if (!sr) continue;
+    maxhamweight = 0;
+    optimise(1);
+  }
+}
+
+static void multicore_check_for_new_best(void) {
+  if (!ncpus) return;
+
+  for (;;) {
+    double msg;
+    ssize_t got = pread(mc_bus, &msg, sizeof(msg), mc_bus_read);
+    if (!got) break;
+    assert(got == sizeof(msg));
+    if (msg > best)
+      best = msg;
+    mc_bus_read += sizeof(msg);
+  }
+}
+
+static void multicore_found_new_best(void) {
+  if (!ncpus) return;
+
+  if (mc_us /* might be master */) fprintf(stderr,"    w%-2d ",mc_us->w);
+  ssize_t wrote = write(mc_bus, &best, sizeof(best));
+  assert(wrote == sizeof(best));
+}
+
+/*----- end of multicore support -----*/
+
 static AdjWord *xalloc_adjmatrix(void) {
   return xmalloc(sizeof(*adjmatrix)*n);
 }
@@ -96,6 +319,7 @@ static void prep(void) {
   adjall = ~((~(AdjWord)0) << m);
   adjmatrix = xalloc_adjmatrix();
   glp_term_out(GLP_OFF);
+  setlinebuf(stderr);
 }
 
 static AdjWord one_adj_bit(int bitnum) {
@@ -109,35 +333,19 @@ static int count_set_adj_bits(AdjWord w) {
   return total;
 }
 
-static void optimise(int doprint) {
-  /* Consider the best answer (if any) for a given adjacency matrix */
-  glp_prob *prob = 0;
-  int i, j, totalfrags;
+#define PRINTF(...) if (!doprint) ; else fprintf(stderr, __VA_ARGS__)
 
-  /*
-   * Up to a certain point, optimise() can be restarted.  We use this
-   * to go back and print the debugging output if it turns out that we
-   * have an interesting case.  The HAVE_PRINTED macro does this: its
-   * semantics are to go back in time and make sure that we have
-   * printed the description of the search case.
-   */
-#define HAVE_PRINTED ({                                                \
-      if (!doprint) { doprint = 1; goto retry_with_print; }    \
-    })
- retry_with_print:
-  if (prob) {
-    glp_delete_prob(prob);
-    prob = 0;
-  }
+static int totalfrags;
 
-#define PRINTF if (!doprint) ; else printf /* bodgy */
+static bool preconsider_ok(int nwords, bool doprint) {
+  int i;
 
   PRINTF("%2d ", maxhamweight);
 
   bool had_max = 0;
-  for (i=0, totalfrags=0; i<n; i++) {
+  for (i=0, totalfrags=0; i<nwords; i++) {
     int frags = count_set_adj_bits(adjmatrix[i]);
-    had_max += (frags == maxhamweight);
+    had_max += (frags >= maxhamweight);
     totalfrags += frags;
     PRINTF("%"PRADJ" ", adjmatrix[i]);
     double maxminsize = (double)m / frags;
@@ -154,6 +362,36 @@ static void optimise(int doprint) {
     PRINTF(" nomaxham");
     goto out;
   }
+  return 1;
+
+ out:
+  return 0;
+}
+
+static void optimise(bool doprint) {
+  /* Consider the best answer (if any) for a given adjacency matrix */
+  glp_prob *prob = 0;
+  int i, j;
+
+  /*
+   * Up to a certain point, optimise() can be restarted.  We use this
+   * to go back and print the debugging output if it turns out that we
+   * have an interesting case.  The HAVE_PRINTED macro does this: its
+   * semantics are to go back in time and make sure that we have
+   * printed the description of the search case.
+   */
+#define HAVE_PRINTED ({                                                \
+      if (!doprint) { doprint = 1; goto retry_with_print; }    \
+    })
+ retry_with_print:
+  if (prob) {
+    glp_delete_prob(prob);
+    prob = 0;
+  }
+
+  bool ok = preconsider_ok(n, doprint);
+  if (!ok)
+    goto out;
 
   /*
    * We formulate our problem as an LP problem as follows.
@@ -300,6 +538,7 @@ static void optimise(int doprint) {
   HAVE_PRINTED;
 
   best = got;
+  multicore_found_new_best();
 
   if (best_prob) glp_delete_prob(best_prob);
   best_prob = prob;
@@ -308,14 +547,15 @@ static void optimise(int doprint) {
   best_adjmatrix = xalloc_adjmatrix();
   memcpy(best_adjmatrix, adjmatrix, sizeof(*adjmatrix)*n);
 
-  printf(" BEST        \n");
+  PRINTF(" BEST        \n");
   return;
 
   }
  out:
   if (prob)
     glp_delete_prob(prob);
-  if (doprint) { printf("        \r"); fflush(stdout); }
+  if (doprint) progress_eol();
+  if (doprint) multicore_check_for_new_best();
 }
 
 static void iterate_recurse(int i, AdjWord min) {
@@ -324,11 +564,17 @@ static void iterate_recurse(int i, AdjWord min) {
     optimise(!(printcounter & 0xfff));
     return;
   }
+  if (i >= multicore_iteration_boundary) {
+    multicore_outer_iteration(i, min);
+    return;
+  }
   for (adjmatrix[i] = min;
        ;
        adjmatrix[i]++) {
     if (count_set_adj_bits(adjmatrix[i]) > maxhamweight)
       goto again;
+    if (i == 0 && (adjmatrix[i] & (1+adjmatrix[i])))
+      goto again;
 
     iterate_recurse(i+1, adjmatrix[i]);
 
@@ -348,15 +594,56 @@ static void iterate(void) {
   }
 }
 
+static void report(void) {
+  fprintf(stderr, "\n");
+  if (best_prob) {
+    double min = glp_get_obj_val(best_prob);
+    double a[n][m];
+    int i, j, cols;
+    for (i = 0; i < n; i++)
+      for (j = 0; j < m; j++)
+        a[i][j] = 0;
+    cols = glp_get_num_cols(best_prob);
+    for (i = 1; i <= cols; i++) {
+      int x, y;
+      if (2 != sscanf(glp_get_col_name(best_prob, i), "mf %d,%d", &x, &y))
+        continue;
+      a[x][y] = min + glp_get_col_prim(best_prob, i);
+    }
+    printf("%d into %d: min fragment %g\n", n, m, min);
+    for (i = 0; i < n; i++) {
+      for (j = 0; j < m; j++) {
+        if (a[i][j])
+          printf(" %9.3f", a[i][j]);
+        else
+          printf("          ");
+      }
+      printf("\n");
+    }
+  }
+  if (ferror(stdout) || fclose(stdout)) { perror("stdout"); exit(-1); }
+}
 int main(int argc, char **argv) {
+  int opt;
+  while ((opt = getopt(argc,argv,"j:")) >= 0) {
+    switch (opt) {
+    case 'j': ncpus = atoi(optarg); break;
+    case '+': assert(!"bad option");
+    default: abort();
+    }
+  }
+  argc -= optind-1;
+  argv += optind-1;
   assert(argc==3);
   n = atoi(argv[1]);
   m = atoi(argv[2]);
+
   prep();
-  iterate();
-  printf("\n");
-  if (best_prob)
-    glp_print_sol(best_prob,"/dev/stdout");
-  if (ferror(stdout) || fclose(stdout)) { perror("stdout"); exit(-1); }
+
+  if (ncpus) multicore();
+  else iterate();
+
+  report();
   return 0;
 }