Cómo: Usar Alloc y Free para mejorar el rendimiento de la memoria

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En este documento se muestra cómo usar las funciones concurrency::Alloc y concurrency::Free para mejorar el rendimiento de la memoria. Se compara el tiempo necesario para invertir los elementos de una matriz en paralelo para tres tipos diferentes, cada uno de los cuales especifica los operadores new y delete.

Las funciones Alloc y Free son muy útiles cuando varios subprocesos llaman frecuentemente a Alloc y Free. El runtime contiene una memoria caché independiente para cada subproceso; por consiguiente, el runtime administra la memoria sin el uso de bloqueos ni barreras de memoria.

Ejemplo: Tipos que especifican operadores new y delete

En el siguiente ejemplo se muestran tres tipos que especifican los operadores new y delete. La clase new_delete usa los operadores globales new y delete, la clase malloc_free usa las funciones malloc y free del Runtime de C y la clase Alloc_Free usa las funciones Alloc y Free del Runtime de simultaneidad.

// A type that defines the new and delete operators. These operators 
// call the global new and delete operators, respectively.
class new_delete
{
public:
   static void* operator new(size_t size)
   {
      return ::operator new(size);
   }
   
   static void operator delete(void *p)
   {
      return ::operator delete(p);
   }

   int _data;
};

// A type that defines the new and delete operators. These operators 
// call the C Runtime malloc and free functions, respectively.
class malloc_free
{
public:
   static void* operator new(size_t size)
   {
      return malloc(size);
   }
   static void operator delete(void *p)
   {
      return free(p);
   }

   int _data;
};

// A type that defines the new and delete operators. These operators 
// call the Concurrency Runtime Alloc and Free functions, respectively.
class Alloc_Free
{
public:
   static void* operator new(size_t size)
   {
      return Alloc(size);
   }
   static void operator delete(void *p)
   {
      return Free(p);
   }

   int _data;
};

Ejemplo: funciones swap y reverse_array

En el ejemplo siguiente se muestran las funciones swap y reverse_array. La función swap intercambia el contenido de la matriz en los índices especificados. Asigna la memoria del montón para la variable temporal. La función reverse_array crea una matriz grande y calcula el tiempo necesario para invertir esa matriz varias veces en paralelo.

// Exchanges the contents of a[index1] with a[index2].
template<class T>
void swap(T* a, int index1, int index2)
{
   // For illustration, allocate memory from the heap.
   // This is useful when sizeof(T) is large.
   T* temp = new T;
   
   *temp = a[index1];
   a[index1] = a[index2];
   a[index2] = *temp;
   
   delete temp;
}

// Computes the time that it takes to reverse the elements of a 
// large array of the specified type.
template <typename T>
__int64 reverse_array()
{
    const int size = 5000000;
    T* a = new T[size];   
    
    __int64 time = 0;
    const int repeat = 11;

    // Repeat the operation several times to amplify the time difference.
    for (int i = 0; i < repeat; ++i)
    {
        time += time_call([&] {
            parallel_for(0, size/2, [&](int index) 
            {
                swap(a, index, size-index-1); 
            });
        });
    }

    delete[] a;
    return time;
}

Ejemplo: función wmain

En el siguiente ejemplo se muestra la función wmain, que calcula el tiempo necesario para que la función reverse_array actúe en los tipos new_delete, malloc_free, y Alloc_Free, cada uno de los cuales usa un esquema de asignación de memoria diferente.

int wmain()
{  
   // Compute the time that it takes to reverse large arrays of 
   // different types.

   // new_delete
   wcout << L"Took " << reverse_array<new_delete>() 
         << " ms with new/delete." << endl;

   // malloc_free
   wcout << L"Took " << reverse_array<malloc_free>() 
         << " ms with malloc/free." << endl;

   // Alloc_Free
   wcout << L"Took " << reverse_array<Alloc_Free>() 
         << " ms with Alloc/Free." << endl;
}

Finalización del ejemplo de código

A continuación se muestra el ejemplo completo.

// allocators.cpp
// compile with: /EHsc 
#include <windows.h>
#include <ppl.h>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

// Calls the provided work function and returns the number of milliseconds 
// that it takes to call that function.
template <class Function>
__int64 time_call(Function&& f)
{
   __int64 begin = GetTickCount();
   f();
   return GetTickCount() - begin;
}

// A type that defines the new and delete operators. These operators 
// call the global new and delete operators, respectively.
class new_delete
{
public:
   static void* operator new(size_t size)
   {
      return ::operator new(size);
   }
   
   static void operator delete(void *p)
   {
      return ::operator delete(p);
   }

   int _data;
};

// A type that defines the new and delete operators. These operators 
// call the C Runtime malloc and free functions, respectively.
class malloc_free
{
public:
   static void* operator new(size_t size)
   {
      return malloc(size);
   }
   static void operator delete(void *p)
   {
      return free(p);
   }

   int _data;
};

// A type that defines the new and delete operators. These operators 
// call the Concurrency Runtime Alloc and Free functions, respectively.
class Alloc_Free
{
public:
   static void* operator new(size_t size)
   {
      return Alloc(size);
   }
   static void operator delete(void *p)
   {
      return Free(p);
   }

   int _data;
};

// Exchanges the contents of a[index1] with a[index2].
template<class T>
void swap(T* a, int index1, int index2)
{
   // For illustration, allocate memory from the heap.
   // This is useful when sizeof(T) is large.
   T* temp = new T;
   
   *temp = a[index1];
   a[index1] = a[index2];
   a[index2] = *temp;
   
   delete temp;
}

// Computes the time that it takes to reverse the elements of a 
// large array of the specified type.
template <typename T>
__int64 reverse_array()
{
    const int size = 5000000;
    T* a = new T[size];   
    
    __int64 time = 0;
    const int repeat = 11;

    // Repeat the operation several times to amplify the time difference.
    for (int i = 0; i < repeat; ++i)
    {
        time += time_call([&] {
            parallel_for(0, size/2, [&](int index) 
            {
                swap(a, index, size-index-1); 
            });
        });
    }

    delete[] a;
    return time;
}

int wmain()
{  
   // Compute the time that it takes to reverse large arrays of 
   // different types.

   // new_delete
   wcout << L"Took " << reverse_array<new_delete>() 
         << " ms with new/delete." << endl;

   // malloc_free
   wcout << L"Took " << reverse_array<malloc_free>() 
         << " ms with malloc/free." << endl;

   // Alloc_Free
   wcout << L"Took " << reverse_array<Alloc_Free>() 
         << " ms with Alloc/Free." << endl;
}

En este ejemplo se genera la siguiente salida de ejemplo para un equipo que tiene cuatro procesadores.

Took 2031 ms with new/delete.
Took 1672 ms with malloc/free.
Took 656 ms with Alloc/Free.

En este ejemplo, el tipo que usa las funciones Alloc y Free proporciona el mejor rendimiento de la memoria porque las funciones Alloc y Free se optimizan para asignar y liberar con frecuencia los bloques de memoria de varios subprocesos.

Compilar el código

Copie el código de ejemplo y péguelo en un proyecto de Visual Studio o en un archivo denominado allocators.cpp y, después, ejecute el siguiente comando en una ventana del símbolo del sistema de Visual Studio.

cl.exe /EHsc allocators.cpp

Consulte también

Funciones de administración de memoria
Función Alloc
Función Free