MEASUREMENT
bench/free-threading-races/gil_reenable.py
The script that produced the numbers in the article, and the record of the run. The file is read from the repository at build time — this is the code that was run, not a copy of it.
The run below is recorded in Russian. It is a lab record, kept in the language it was written in; the numbers, the tables and the code read the same either way.
Record of the run
Гонки без GIL: замеры для статьи
Проверяется утверждение: код, который в сборке с GIL годами работал правильно, в свободной сборке ломается — хотя гонка в нём была всегда. GIL не делал операции атомарными; он лишь не давал потоку уступить управление в середине короткой последовательности инструкций.
Один и тот же код запускается на трёх интерпретаторах:
| сборка | что это |
|---|---|
3.14.10 |
обычная сборка, GIL включён |
3.14.10t |
свободная сборка той же версии, GIL выключен |
3.15.2t |
свободная сборка следующей версии: в ней исправлена гонка итератора range (cpython#129068) |
Как запустить
uv python install 3.14.10 3.14.10t 3.15.2t
./run.sh # записывает runs/<сборка>.txt
Нужен компилятор C (cc): gil_reenable.py собирает два крошечных
расширения из ext/ под тот интерпретатор, которым запущен.
| Скрипт | Что меряет |
|---|---|
bytecode.py |
инструкции между чтением и записью в двух формах приращения и есть ли среди них точка, где поток может уступить GIL |
lost_update.py |
сколько приращений из 4 000 000 теряется: c.n += 1, d["n"] += 1, c.n = c.n + one(); два исправления и их цена |
check_then_act.py |
ленивый кеш «проверил — записал»: два отдельных показателя — лишние вызовы make() (extra make() calls) и ключи, для которых потоки получили разные объекты (keys split); setdefault и блокировка. Раскол считается по самим объектам: каждый полученный объект удерживается до конца опыта, id сравниваются после join всех потоков |
shared_iterator.py |
один итератор range или списка на четыре потока: повторы, пропуски, значения вне источника; очередь как исправление |
gil_reenable.py |
импорт расширения многофазной инициализации без слота Py_mod_gil включает GIL для всего процесса: предупреждение и ускорение до и после (однофазный модуль заявляет поддержку вызовом PyUnstable_Module_SetGIL; здесь не меряется) |
context_flags.py |
thread_inherit_context и context_aware_warnings: тот же код даёт другой результат |
runs/3.14.10t-old-flags.txt — context_flags.py в свободной сборке с
ключами -X thread_inherit_context=0 -X context_aware_warnings=0: так
возвращается поведение сборки с GIL.
Машина замеров
2 vCPU (Intel Xeon; модель и частота — во второй строке каждой записи, текущие
записи сняты на 2.10GHz), Linux, интерпретаторы из python-build-standalone
(uv python install). Числа потерь от прогона к прогону разные — это и есть
содержание замера, поэтому печатаются все пять прогонов, а не среднее.
Времена — лучшее из пяти.
Script
124 lines"""Одно неготовое расширение включает GIL обратно — для всего процесса.
Два крошечных расширения из ext/: legacy.c не объявляет слот Py_mod_gil,
ready.c объявляет Py_MOD_GIL_NOT_USED. Скрипт собирает оба под текущий
интерпретатор и в отдельном процессе на каждый случай меряет одно и то же:
ускорение счёта на чистом Python в два потока против одного — до импорта
расширения и после.
Отдельный процесс нужен потому, что GIL включается на весь процесс и обратно
не выключается: второй случай в том же процессе мерил бы уже последствия
первого.
Случаи:
ready — готовое расширение;
legacy — неготовое;
legacy, PYTHON_GIL=0 — неготовое, но GIL принудительно оставлен выключенным.
В сборке с GIL проверка не имеет смысла: печатается строка об этом.
"""
import os
import subprocess
import sys
import sysconfig
import threading
import time
import warnings
from common import env_line, header
HERE = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
REPS = 5
WORK = 3_000_000
def crunch(n):
x = 0
for i in range(n):
x += i * i
return x
def speedup():
"""Лучшее время одного потока на всей работе / лучшее время двух на половинах.
Берутся лучшие из REPS, а не медиана отношений: на двух виртуальных ядрах
соседний процесс то и дело замедляет один из прогонов, и отношение двух
случайных замеров давало «×2,5» — больше числа ядер, чего не бывает.
"""
ones, twos = [], []
for _ in range(REPS):
t0 = time.perf_counter()
crunch(2 * WORK)
ones.append(time.perf_counter() - t0)
threads = [threading.Thread(target=crunch, args=(WORK,)) for _ in range(2)]
t0 = time.perf_counter()
for t in threads:
t.start()
for t in threads:
t.join()
twos.append(time.perf_counter() - t0)
return min(ones) / min(twos)
def build(name):
out_dir = os.path.join(HERE, "ext", "build-" + sysconfig.get_config_var("SOABI"))
os.makedirs(out_dir, exist_ok=True)
target = os.path.join(out_dir, name + sysconfig.get_config_var("EXT_SUFFIX"))
subprocess.run(
["cc", "-O2", "-fPIC", "-shared", "-I", sysconfig.get_paths()["include"],
os.path.join(HERE, "ext", name + ".c"), "-o", target],
check=True,
)
return out_dir
def child(name, out_dir):
"""Выполняется в дочернем процессе: замер до импорта, импорт, замер после."""
crunch(WORK) # прогрев: первый проход идёт до специализации байткода
before = (sys._is_gil_enabled(), speedup())
sys.path.insert(0, out_dir)
with warnings.catch_warnings(record=True) as caught:
warnings.simplefilter("always")
__import__(name)
after = (sys._is_gil_enabled(), speedup())
print(f" before the import: GIL {'on' if before[0] else 'off'}, speedup ×{before[1]:.2f}")
print(f" after the import: GIL {'on' if after[0] else 'off'}, speedup ×{after[1]:.2f}")
for w in caught:
print(f" warning {w.category.__name__}: {w.message}")
if not caught:
print(" no warnings")
def main():
if len(sys.argv) == 3 and sys.argv[1] == "--child":
child(sys.argv[2], os.environ["BENCH_EXT_DIR"])
return
print(env_line())
if not sysconfig.get_config_var("Py_GIL_DISABLED"):
print("GIL-enabled build: nothing to switch on, the check does not apply")
return
out_dir = build("legacy")
build("ready")
print(f"work: {WORK * 2:,} iterations in one thread against two threads of {WORK:,}; best of {REPS} runs")
for n, title, name, extra_env in [
(1, "EXTENSION THAT DECLARES IT CAN RUN WITHOUT THE GIL", "ready", {}),
(2, "EXTENSION WITHOUT THE SLOT", "legacy", {}),
(3, "EXTENSION WITHOUT THE SLOT, GIL FORCED OFF", "legacy", {"PYTHON_GIL": "0"}),
]:
header(n, title)
env = dict(os.environ, BENCH_EXT_DIR=out_dir, **extra_env)
env.pop("PYTHON_GIL", None) if not extra_env else None
res = subprocess.run(
[sys.executable, os.path.abspath(__file__), "--child", name],
env=env, cwd=HERE, capture_output=True, text=True, check=True,
)
sys.stdout.write(res.stdout)
if __name__ == "__main__":
main()