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performance regression in ssl module under free-threading

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extension-modules performance topic-free-threading topic-SSL type-bug
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Python
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PR-Kennzahlen ausstehend

Beschreibung

On free-threading there is a large ~20% performance regression under asyncio_tcp_ssl benchmark. A large part of slowdown is from https://github.com/python/cpython/pull/124993 which added critical sections and locks for thread safety however 20% is large slowdown for the important single threaded use-case.

Critical sections are slow especially for extensions which are dynamically loaded because accessing thread states is slow and there are multiple function calls even for the fastpath of no contention for acquisition of critical section.

Comparing the assembly of _ssl_RAND_status in free-threading vs normal build:

  • free-threading:
Dump of assembler code for function _ssl_RAND_status:
   0x00007ffff7b97090 <+0>:     push   %rbx
   0x00007ffff7b97091 <+1>:     sub    $0x10,%rsp
   0x00007ffff7b97095 <+5>:     lea    0xa(%rdi),%rbx
   0x00007ffff7b97099 <+9>:     mov    $0x1,%cl
   0x00007ffff7b9709b <+11>:    xor    %eax,%eax
   0x00007ffff7b9709d <+13>:    lock cmpxchg %cl,0xa(%rdi)
   0x00007ffff7b970a2 <+18>:    jne    0x7ffff7b970c5 <_ssl_RAND_status+53>
   0x00007ffff7b970a4 <+20>:    call   0x7ffff7b950e0 <_PyThreadState_GetCurrent@plt>
   0x00007ffff7b970a9 <+25>:    mov    %rbx,0x8(%rsp)
   0x00007ffff7b970ae <+30>:    mov    0xb0(%rax),%rcx
   0x00007ffff7b970b5 <+37>:    mov    %rcx,(%rsp)
   0x00007ffff7b970b9 <+41>:    mov    %rsp,%rcx
   0x00007ffff7b970bc <+44>:    mov    %rcx,0xb0(%rax)
   0x00007ffff7b970c3 <+51>:    jmp    0x7ffff7b970d0 <_ssl_RAND_status+64>
   0x00007ffff7b970c5 <+53>:    mov    %rsp,%rdi
   0x00007ffff7b970c8 <+56>:    mov    %rbx,%rsi
   0x00007ffff7b970cb <+59>:    call   0x7ffff7b95cc0 <_PyCriticalSection_BeginSlow@plt>
   0x00007ffff7b970d0 <+64>:    call   0x7ffff7b95c30 <RAND_status@plt>
   0x00007ffff7b970d5 <+69>:    movslq %eax,%rdi
   0x00007ffff7b970d8 <+72>:    call   0x7ffff7b96560 <PyBool_FromLong@plt>
   0x00007ffff7b970dd <+77>:    mov    %rax,%rbx
   0x00007ffff7b970e0 <+80>:    mov    0x8(%rsp),%rdi
   0x00007ffff7b970e5 <+85>:    test   %rdi,%rdi
   0x00007ffff7b970e8 <+88>:    je     0x7ffff7b97116 <_ssl_RAND_status+134>
   0x00007ffff7b970ea <+90>:    xor    %ecx,%ecx
   0x00007ffff7b970ec <+92>:    mov    $0x1,%al
   0x00007ffff7b970ee <+94>:    lock cmpxchg %cl,(%rdi)
   0x00007ffff7b970f2 <+98>:    je     0x7ffff7b970f9 <_ssl_RAND_status+105>
   0x00007ffff7b970f4 <+100>:   call   0x7ffff7b954a0 <PyMutex_Unlock@plt>
   0x00007ffff7b970f9 <+105>:   call   0x7ffff7b950e0 <_PyThreadState_GetCurrent@plt>
   0x00007ffff7b970fe <+110>:   mov    (%rsp),%rcx
   0x00007ffff7b97102 <+114>:   mov    %rcx,0xb0(%rax)
   0x00007ffff7b97109 <+121>:   test   $0x1,%cl
   0x00007ffff7b9710c <+124>:   je     0x7ffff7b97116 <_ssl_RAND_status+134>
   0x00007ffff7b9710e <+126>:   mov    %rax,%rdi
   0x00007ffff7b97111 <+129>:   call   0x7ffff7b95f90 <_PyCriticalSection_Resume@plt>
   0x00007ffff7b97116 <+134>:   mov    %rbx,%rax
   0x00007ffff7b97119 <+137>:   add    $0x10,%rsp
   0x00007ffff7b9711d <+141>:   pop    %rbx
   0x00007ffff7b9711e <+142>:   ret
End of assembler dump.
  • normal build:
   0x00007ffff773bd00 <+0>:     push   %rax
   0x00007ffff773bd01 <+1>:     call   0x7ffff773ac20 <RAND_status@plt>
   0x00007ffff773bd06 <+6>:     movslq %eax,%rdi
   0x00007ffff773bd09 <+9>:     pop    %rax
   0x00007ffff773bd0a <+10>:    jmp    0x7ffff773b520 <PyBool_FromLong@plt>
Linked PRs
  • gh-141406
  • gh-143275
  • gh-143491
  • gh-146066

Beitragsleitfaden

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Erste Schritte

  1. Lies das ganze Issue und danach den Beitragsleitfaden des Projekts.
  2. Schreib ins Issue, dass du es übernimmst — das erspart doppelte Arbeit.
  3. Forke das Repository und arbeite in einem Branch.
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Rechercherichtung

Beginne mit dem Einstiegspunkt _ssl_RAND_status und reproduziere den asyncio_tcp_ssl-Benchmark in Free-Threaded- und normalen Builds. Überprüfe die in der Assembly dargestellten Operationen für kritische Abschnitte und Thread-Zustände und nutze die verknüpften PRs als Kontext. Als abgeschlossen gilt die Aufgabe, wenn die Regression spürbar reduziert wurde, ohne die Thread-Sicherheit zu beeinträchtigen, und Benchmark-Ergebnisse die Verbesserung belegen.

Vom Indexierungsmodell aus dem Issue-Text verfasst.

Bewertung

Tech-Stack
c, python
Bereich
backend, performance
Issue-Typ
Bug
Schwierigkeit
4/5
Geschätzter Aufwand
3-5 Tage
Aktivitätsstatus
Veraltet
Klarheit
Größtenteils klar
Anfängerfreundlichkeit
25/100

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