Osadzanie interpretera Pythona w wielowątkowym programie C ++ za pomocą pybind11

Dec 18 2020

Próbuję użyć pybind11 , aby wywołać metodę Pythona z biblioteki C ++ innej firmy. Biblioteka jest wielowątkowa, a każdy wątek tworzy obiekt w języku Python, a następnie wykonuje liczne wywołania metod obiektu.

Mój problem polega na tym, że wywołanie py::gil_scoped_acquire acquire;zakleszczenia. Poniżej podano minimalny kod, który odtwarza problem. Co ja robię źle?

// main.cpp
class Wrapper
{
public:
  Wrapper()
  {
    py::gil_scoped_acquire acquire;
    auto obj = py::module::import("main").attr("PythonClass")();
    _get_x = obj.attr("get_x");
    _set_x = obj.attr("set_x");
  }
  
  int get_x() 
  {
    py::gil_scoped_acquire acquire;
    return _get_x().cast<int>();
  }

  void set_x(int x)
  {
    py::gil_scoped_acquire acquire;
    _set_x(x);
  }

private:
  py::object _get_x;
  py::object _set_x;
};


void thread_func()
{
  Wrapper w;

  for (int i = 0; i < 10; i++)
  {
    w.set_x(i);
    std::cout << "thread: " << std::this_thread::get_id() << " w.get_x(): " << w.get_x() << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(100ms);    
  }
}

int main() {
  py::scoped_interpreter python;
  
  std::vector<std::thread> threads;

  for (int i = 0; i < 5; ++i)
    threads.push_back(std::thread(thread_func));

  for (auto& t : threads)
    t.join();

  return 0;
}

i kod Pythona:

// main.py
class PythonClass:
    def __init__(self):
        self._x = 0

    def get_x(self):
        return self._x

    def set_x(self, x):
        self._x = x

Powiązane pytania można znaleźć tutaj i tutaj , ale nie pomogły mi one w rozwiązaniu problemu.

Odpowiedzi

3 bavaza Dec 20 2020 at 18:37

Udało mi się rozwiązać ten problem, zwalniając GIL w głównym wątku, przed uruchomieniem wątków roboczych (dodane py::gil_scoped_release release;). Dla każdego, kto jest zainteresowany, teraz działa (dodano również czyszczenie obiektów Pythona):

#include <pybind11/embed.h>  
#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <sstream>

namespace py = pybind11;
using namespace std::chrono_literals;

class Wrapper
{
public:
  Wrapper()
  {
    py::gil_scoped_acquire acquire;
    _obj = py::module::import("main").attr("PythonClass")();
    _get_x = _obj.attr("get_x");
    _set_x = _obj.attr("set_x");

  }
  
  ~Wrapper()
  {
    _get_x.release();
    _set_x.release();
  }

  int get_x() 
  {
    py::gil_scoped_acquire acquire;
    return _get_x().cast<int>();
  }

  void set_x(int x)
  {
    py::gil_scoped_acquire acquire;
    _set_x(x);
  }

private:
  py::object _obj;
  py::object _get_x;
  py::object _set_x;
};


void thread_func(int iteration)
{
  Wrapper w;

  for (int i = 0; i < 10; i++)
  {
    w.set_x(i);
    std::stringstream msg;
    msg << "iteration: " << iteration << " thread: " << std::this_thread::get_id() << " w.get_x(): " << w.get_x() << std::endl;
    std::cout << msg.str();
    std::this_thread::sleep_for(100ms);    
  }
}

int main() {
  py::scoped_interpreter python;
  py::gil_scoped_release release; // add this to release the GIL

  std::vector<std::thread> threads;
  
  for (int i = 0; i < 5; ++i)
    threads.push_back(std::thread(thread_func, 1));

  for (auto& t : threads)
    t.join();

  return 0;
}
1 BasileStarynkevitch Dec 20 2020 at 15:11

Wiadomo, że Python ma globalną blokadę interpretera .

Więc w zasadzie musisz napisać od podstaw własny interpreter Pythona lub pobrać kod źródłowy Pythona i znacznie go ulepszyć.

Jeśli korzystasz z Linuksa, możesz rozważyć uruchomienie wielu interpreterów Pythona (używając odpowiednich wywołań systemowych (2) , z potokiem (7) lub unixem (7) do komunikacji międzyprocesowej ) - być może jeden proces Pythona komunikujący się z każdym z wątków C ++.

Co ja robię źle?

Kodowanie w Pythonie czegoś, co powinno być zakodowane w inny sposób. Czy rozważałeś wypróbowanie SBCL ?

Niektóre biblioteki (np. Tensorflow ) można wywołać zarówno z języka Python, jak i C ++. Może mógłbyś czerpać z nich inspirację ...

W praktyce, jeśli masz tylko tuzin wątków C ++ na potężnej maszynie z Linuksem, możesz sobie pozwolić na jeden proces Pythona na wątek C ++. Zatem każdy wątek C ++ miałby swój własny towarzyszący proces w Pythonie.

W przeciwnym razie poświęć kilka lat pracy na ulepszenie kodu źródłowego Pythona w celu usunięcia jego GIL. Możesz zakodować swoją wtyczkę GCC, aby pomóc Ci w tym zadaniu - analizować i rozumieć kod C Pythona.