c++ - 多线程效率不高 : Debugging False Sharing?

Question

我有以下代码，它在一开始就启动了多个线程(一个线程池)(startWorkers())。随后，在某个时候，我有一个装满 myWorkObject 实例的容器，我想同时使用多个工作线程来处理它。 myWorkObject 在内存使用方面完全相互隔离。现在让我们假设 myWorkObject 有一个方法 doWorkIntenseStuffHere() 需要一些 cpu 时间来计算。

在对以下代码进行基准测试时，我注意到该代码不能很好地扩展线程数，并且初始化/同步工作线程的开销超过了多线程的好处，除非有 3-4 个线程处于事件状态。我调查了这个问题并阅读了有关虚假共享问题的信息，我认为我的代码遇到了这个问题。但是，我想调试/分析我的代码以查看是否存在某种饥饿/错误共享。我怎样才能做到这一点？请随意批评我的代码，因为我仍在学习很多关于内存/cpu 和多线程的知识。

#include <boost/thread.hpp>

class MultiThreadedFitnessProcessingStrategy
{
public:
    MultiThreadedFitnessProcessingStrategy(unsigned int numWorkerThreads):
        _startBarrier(numWorkerThreads + 1),
        _endBarrier(numWorkerThreads + 1),
        _started(false),
        _shutdown(false),
        _numWorkerThreads(numWorkerThreads)
    {
        assert(_numWorkerThreads > 0);
    }


    virtual ~MultiThreadedFitnessProcessingStrategy()
    {
        stopWorkers();
    }


void startWorkers()
{
    _shutdown = false;
    _started = true;

    for(unsigned int i = 0; i < _numWorkerThreads;i++)
    {
        boost::thread*  workerThread = new boost::thread(
                boost::bind(&MultiThreadedFitnessProcessingStrategy::workerTask, this,i)
        );
        _threadQueue.push_back(new std::queue<myWorkObject::ptr>());
        _workerThreads.push_back(workerThread);
    }
}


void stopWorkers()
{
    _startBarrier.wait();
    _shutdown = true;
    _endBarrier.wait();

    for(unsigned int i = 0; i < _numWorkerThreads;i++)
    {
        _workerThreads[i]->join();
    }

}

void workerTask(unsigned int id)
{

    //Wait until all worker threads have started.
    while(true)
    {
        //Wait for any input to become available.
        _startBarrier.wait();

        bool queueEmpty = false;
        std::queue<SomeClass::ptr >* myThreadq(_threadQueue[id]);

        while(!queueEmpty)
        {

            SomeClass::ptr myWorkObject;

            //Make sure queue is not empty,
            //Caution: this is necessary if start barrier was triggered without queue input (e.g., shutdown) , which can happen.
            //Do not try to be smart and refactor this without knowing what you are doing!
            queueEmpty = myThreadq->empty();


            if(!queueEmpty)
            {
                chromosome = myThreadq->front();
                assert(myWorkObject);
                myThreadq->pop();
            }

            if(myWorkObject)
            {
                myWorkObject->doWorkIntenseStuffHere();
            }
        }

        //Wait until all worker threads have synchronized.
        _endBarrier.wait();

        if(_shutdown)
        {
            return;
        }
    }
}


void doWork(const myWorkObject::chromosome_container &refcontainer)
{

    if(!_started)
    {
        startWorkers();
    }

    unsigned int j = 0;
    for(myWorkObject::chromosome_container::const_iterator it = refcontainer.begin();
            it != refcontainer.end();++it)
    {
        if(!(*it)->hasFitness())
        {
            assert(*it);
            _threadQueue[j%_numWorkerThreads]->push(*it);
            j++;
        }
    }

    //Start Signal!
    _startBarrier.wait();

    //Wait for workers to be complete
    _endBarrier.wait();

}


    unsigned int getNumWorkerThreads() const
    {
        return _numWorkerThreads;
    }

    bool isStarted() const
    {
        return _started;
    }


private:

    boost::barrier _startBarrier;
    boost::barrier _endBarrier;

    bool _started;
    bool _shutdown;

    unsigned int _numWorkerThreads;

    std::vector<boost::thread*> _workerThreads;

    std::vector< std::queue<myWorkObject::ptr >* > _threadQueue;


};

Answer 1

基于抽样的分析可以让您很好地了解自己是否遇到了虚假共享。这是一个 previous thread描述了解决该问题的几种方法。我认为该线程没有提到 Linux 的 perf utility .这是一种快速、简单且免费的计算缓存未命中数的方法，它可能会告诉您您需要了解的信息(我是否遇到了大量与我访问特定变量的次数相关的缓存未命中数？)。

如果您确实发现您的线程方案可能导致大量冲突遗漏，您可以尝试声明您的 myWorkObject 实例或其中包含您实际关心的数据 __attribute__((aligned(64 )))(与 64 字节缓存行对齐)。