带有 OpenMP 的 C++ 尽量避免紧密循环数组的错误共享

Question

我尝试将 OpenMP 引入我的 c++ 代码，以使用如下所示的简单案例来提高性能:

#include <omp.h>
#include <chrono>
#include <iostream>
#include <cmath>

using std::cout;
using std::endl;

#define NUM 100000

int main()
{
    double data[NUM] __attribute__ ((aligned (128)));;

    #ifdef _OPENMP
        auto t1 = omp_get_wtime();
    #else
        auto t1 = std::chrono::steady_clock::now();
    #endif

    for(long int k=0; k<100000; ++k)
    {

        #pragma omp parallel for schedule(static, 16) num_threads(4)
        for(long int i=0; i<NUM; ++i)
        {
            data[i] = cos(sin(i*i+ k*k));
        }
    }

    #ifdef _OPENMP
        auto t2 = omp_get_wtime();
        auto duration = t2 - t1;
        cout<<"OpenMP Elapsed time (second): "<<duration<<endl;
    #else
        auto t2 = std::chrono::steady_clock::now();
        auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(t2 - t1).count();
        cout<<"No OpenMP Elapsed time (second): "<<duration/1e6<<endl;
    #endif

    double tempsum = 0.;
    for(long int i=0; i<NUM; ++i)
    {
        int nextind = (i == 0 ? 0 : i-1);
        tempsum += i + sin(data[i]) + cos(data[nextind]);
    }
    cout<<"Raw data sum: "<<tempsum<<endl;
    return 0;    
}

访问紧密循环的 int 数组(大小 = 10000)并以并行或非并行方式更改其元素。
构建为

g++ -o test test.cpp 

或者

g++ -o test test.cpp -fopenmp

该计划将结果报告为:

No OpenMP Elapsed time (second): 427.44
Raw data sum: 5.00009e+09

OpenMP Elapsed time (second): 113.017
Raw data sum: 5.00009e+09

英特尔第 10 个 CPU，Ubuntu 18.04，GCC 7.5，OpenMP 4.5。
我怀疑缓存行中的错误共享导致 OpenMP 版本代码的性能不佳。
我在增加循环大小后更新了新的测试结果，OpenMP 运行得比预期的更快。
谢谢!

Answer 1

由于您正在编写 C++，因此请使用 C++ 随机数生成器，它是线程安全的，与您正在使用的 C 传统生成器不同。

此外，您没有使用数据数组，因此编译器实际上可以完全删除您的循环。

在执行定时循环之前，您应该触摸一次所有数据。这样，您可以确保页面被实例化并且数据根据缓存进出缓存。

你的循环很短。