c - 在不使用填充的情况下防止错误共享

Question

我目前正在了解 pthreads在 C 中，遇到了错误共享的问题。我想我理解它的概念并且我尝试了一些尝试。

下面是我一直在玩的一个小程序。最终，我将把它改成一个程序，以获取大量整数并并行求和。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

#define THREADS 4
#define NUMPAD 14

struct s
{
  int total; // 4 bytes
  int my_num; // 4 bytes
  int pad[NUMPAD]; // 4 * NUMPAD bytes
} sum_array[4];

static void *worker(void * ind) {
    const int curr_ind = *(int *) ind;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
      sum_array[curr_ind].total += sum_array[curr_ind].my_num;
    }
    printf("%d\n", sum_array[curr_ind].total);
    return NULL;
}

int main(void) {
    int args[THREADS] = { 0, 1, 2, 3 };
    pthread_t thread_ids[THREADS];

    for (size_t i = 0; i < THREADS; ++i) {
        sum_array[i].total = 0;
        sum_array[i].my_num = i + 1;
        pthread_create(&thread_ids[i], NULL, worker, &args[i]);
    }

    for (size_t i = 0; i < THREADS; ++i) {
        pthread_join(thread_ids[i], NULL);
    }
}

我的问题是，是否可以在不使用填充的情况下防止错误共享？这里 struct s具有 64 字节的大小，因此每个结构都位于自己的缓存行上(假设缓存行是 64 字节)。我不确定如何在没有填充的情况下实现并行性。

另外，如果我要对 1000-50,000 字节之间不同大小的数组求和，我如何防止错误共享？我可以使用类似的程序填充它吗？我目前的想法是将大数组中的每个 int 放入 struct s 的数组中。然后使用并行性对其进行求和。但是我不确定这是否是最佳解决方案。

Answer 1

分区问题:在worker() , sum 成局部变量，然后将局部变量添加到数组中:

static void *worker(void * ind) {
    const int curr_ind = *(int *) ind;
    int localsum = 0;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
      localsum += sum_array[curr_ind].my_num;
    }
    sum_array[curr_ind].total += localsum;
    printf("%d\n", sum_array[curr_ind].total);
    return NULL;
}

这可能在循环后仍然存在错误共享，但每个线程一次。线程创建开销比单个缓存未命中要重要得多。当然，您可能希望有一个实际执行一些耗时操作的循环，因为您当前的代码可以优化为:

static void *worker(void * ind) {
    const int curr_ind = *(int *) ind;
    int localsum = 10 * sum_array[curr_ind].my_num;
    sum_array[curr_ind].total += localsum;
    printf("%d\n", sum_array[curr_ind].total);
    return NULL;
}

其中运行时肯定以 printf()中的线程创建和同步为主。 .