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OpenMP：在线程之间共享数组

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今天是个好日子！

我正在进行分子动力学模拟，最近我开始尝试并行实现它 . 乍一看，一切看起来都很简单：在最耗时的循环之前编写#pragma omp parallel for directive . 但实际上，这些循环中的函数在数组上运行，或者，确切地说，属于我的类的对象的数组，该数组包含有关此系统的粒子系统和函数的所有信息，因此当我添加＃时pragma指令在最耗时的循环之一之前，尽管我的2核4线程处理器已满载，但计算时间实际上增加了几倍 .

为了解决这个问题，我写了另一个更简单的程序 . 该测试程序执行两个相同的循环，一个并行，第二个循环 - 串行 . 测量执行这两个循环所花费的时间 . 结果让我感到惊讶：每当第一个循环并行计算时，其计算时间与串行模式（分别为1500和6000毫秒）相比有所下降，但第二个循环的计算时间急剧增加（15000对6000连续） .

我尝试使用private（）和firstprivate（）子句，但结果是一样的 . 不应该自动共享并行区域之前定义和初始化的每个变量吗？如果在另一个向量上执行，第二个循环的计算时间恢复正常：vec2，但是为每次迭代创建一个新向量显然不是一个选项 . 我也尝试将vec1的实际更新放到#pragma omp关键区域，但这也没有任何好处 . 没有帮助添加Shared（vec1）子句 .

如果你能指出我的错误并展示正确的方法，我将不胜感激 .

是否有必要将私有（i）放入代码中？

这是测试程序：

#include "stdafx.h"
#include <omp.h>
#include <array>
#include <time.h>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <Windows.h>
using namespace std;
#define N1  1000
#define N2  4000
#define dim 1000

int main(){
    vector<int>res1,res2;
    vector<double>vec1(dim),vec2(N1);
    clock_t t, tt;
    int k=0;
    for( k = 0; k<dim; k++){
        vec1[k]=1;
    }

    t = clock();

    #pragma omp parallel 
        {
        double temp; 
        int i,j,k;
        #pragma omp for private(i)
            for( i = 0; i<N1; i++){
                for(j = 0; j<N2; j++){  
                    for( k = 0; k<dim; k++){
                        temp+= j;
                    }
                }
                vec1[i]+=temp;
                temp = 0;
            }
        }
    tt = clock();
    cout<<tt-t<<endl;
    for(int k = 0; k<dim; k++){
        vec1[k]=1;
    }
    t = clock();
                for(int g = 0; g<N1; g++){
        for(int h = 0; h<N2; h++){
            for(int y = 0; y<dim; y++){
                vec1[g]+=h; 
            }
        }
    }
    tt = clock();
    cout<<tt-t<<endl;
    getchar();
}

感谢您的时间！

附：我使用visual studio 2012，我的处理器是Intel Core i3-2370M . 我的汇编文件分为两部分：

http://pastebin.com/suXn35xj

http://pastebin.com/EJAVabhF

multithreading parallel-processing openmp

1 回答

  • 9

    恭喜！微软提供了另一个糟糕的OpenMP实现 . 我最初的理论是问题来自Sandy Bridge中的分区L3缓存和后来的Intel CPU . 但是仅在向量的前半部分运行第二个循环的结果并未证实该理论 . 然后它必须是在启用OpenMP时触发的代码生成器中的某些内容 . 装配输出确认了这一点 .

    基本上，编译器在启用OpenMP编译时不会优化串行循环 . 这就是减速的来源 . 通过使第二个循环与第一个循环不同，您自己也引入了部分问题 . 在第一个循环中，您将中间值累积到临时变量中，编译器将其优化为寄存器变量，而在第二种情况下，您在每次迭代时调用 operator[] . 在没有启用OpenMP的情况下进行编译时，代码优化器会将第二个循环转换为与第一个循环非常相似的内容，因此两个循环的运行时间几乎相同 .

    启用OpenMP时，代码优化器不会优化第二个循环，并且运行速度会慢一些 . 您的代码在此之前执行并行块与减速无关 . 我的猜测是代码优化器无法掌握 vec1 超出OpenMP parallel 区域范围的事实，因此它不应再被视为共享变量，并且可以优化循环 . 显然这是"feature"，它是在Visual Studio 2012中引入的，因为即使启用了OpenMP，Visual Studio 2010中的代码生成器也能够优化第二个循环 .

    一种可能的解决方案是迁移到Visual Studio 2010.另一种（假设，因为我没有VS2012）解决方案是将第二个循环提取到函数中并通过引用传递向量 . 希望编译器足够聪明，可以优化单独函数中的代码 .

    这是一个非常糟糕的趋势 . 微软几乎放弃了在Visual C中支持OpenMP . 它们的实现仍然（几乎）只符合OpenMP 2.0（因此没有明确的任务和其他OpenMP 3.0好东西）和像这样的错误不会让事情变得更好 . 我建议您切换到另一个支持OpenMP的编译器（英特尔C / C编译器，GCC，任何非Microsoft）或切换到某些其他编译器独立的线程范例，例如Intel Threading Building Blocks . 微软显然正在推动他们的.NET并行库，而这正是所有开发的发展方向 .

    大胖警告

    Do not use clock() to measure the elapsed wall-clock time! 这仅在Windows上按预期工作 . 在大多数Unix系统（包括Linux）上， clock() 实际上返回 the total consumed CPU time by all threads in the process since it was created . 这意味着 clock() 可以返回比经过的挂钟时间大几倍的值（如果程序运行许多忙线程）或者比挂钟时间短几倍（如果程序在IO事件上休眠或等待）测量之间） . 相反，在OpenMP程序中，应使用便携式计时器功能 omp_get_wtime() .

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