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多线程随机\r比单线程版本慢

random multithreading performance linux c

Nixuz · 技术社区 · 15 年前

以下程序与所描述的程序基本相同 here . 当我使用两个线程(nthreads==2)运行和编译程序时,我得到以下运行时间:

real        0m14.120s
user        0m25.570s
sys         0m0.050s

当它只使用一个线程(nthreads==1)运行时,即使它只使用一个核心,运行时间也会明显地更好。

real        0m4.705s
user        0m4.660s
sys         0m0.010s

我的系统是双核的,我知道Random_r是线程安全的,我很确定它是非阻塞的。当同一个程序在没有随机变量的情况下运行,并使用余弦和正弦的计算作为替换时,双线程版本的运行时间约为预期的1/2。

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

#define NTHREADS 2
#define PRNG_BUFSZ 8
#define ITERATIONS 1000000000

void* thread_run(void* arg) {
    int r1, i, totalIterations = ITERATIONS / NTHREADS;
    for (i = 0; i < totalIterations; i++){
        random_r((struct random_data*)arg, &r1);
    }
    printf("%i\n", r1);
}

int main(int argc, char** argv) {
    struct random_data* rand_states = (struct random_data*)calloc(NTHREADS, sizeof(struct random_data));
    char* rand_statebufs = (char*)calloc(NTHREADS, PRNG_BUFSZ);
    pthread_t* thread_ids;
    int t = 0;
    thread_ids = (pthread_t*)calloc(NTHREADS, sizeof(pthread_t));
    /* create threads */
    for (t = 0; t < NTHREADS; t++) {
        initstate_r(random(), &rand_statebufs[t], PRNG_BUFSZ, &rand_states[t]);
        pthread_create(&thread_ids[t], NULL, &thread_run, &rand_states[t]);
    }
    for (t = 0; t < NTHREADS; t++) {
        pthread_join(thread_ids[t], NULL);
    }
    free(thread_ids);
    free(rand_states);
    free(rand_statebufs);
}

我很困惑为什么在生成随机数时,双线程版本的性能要比单线程版本差得多,因为在多线程应用程序中应该使用随机变量。

2 回复 | 直到 11 年前

Pete Kirkham 11 年前

对内存中的数据进行了一个非常简单的空间更改:

struct random_data* rand_states = (struct random_data*)calloc(NTHREADS * 64, sizeof(struct random_data));
char* rand_statebufs = (char*)calloc(NTHREADS*64, PRNG_BUFSZ);
pthread_t* thread_ids;
int t = 0;
thread_ids = (pthread_t*)calloc(NTHREADS, sizeof(pthread_t));
/* create threads */
for (t = 0; t < NTHREADS; t++) {
    initstate_r(random(), &rand_statebufs[t*64], PRNG_BUFSZ, &rand_states[t*64]);
    pthread_create(&thread_ids[t], NULL, &thread_run, &rand_states[t*64]);
}

在我的双核机器上运行时间更快。

这将证实它打算测试的怀疑——在两个单独的线程中,您正在改变同一缓存线上的值,因此存在缓存争用。药草萨特 'machine architecture - what your programming language never told you' talk 如果你有时间的话值得一看,如果你还不知道的话,他会在1:20左右开始演示错误的分享。

计算出缓存线的大小,并创建每个线程的数据,使其与之对齐。

将线程的所有数据plock到一个结构中,并将其对齐,这样做更简单:

#define CACHE_LINE_SIZE 64

struct thread_data {
    struct random_data random_data;
    char statebuf[PRNG_BUFSZ];
    char padding[CACHE_LINE_SIZE - sizeof ( struct random_data )-PRNG_BUFSZ];
};

int main ( int argc, char** argv )
{
    printf ( "%zd\n", sizeof ( struct thread_data ) );

    void* apointer;

    if ( posix_memalign ( &apointer, sizeof ( struct thread_data ), NTHREADS * sizeof ( struct thread_data ) ) )
        exit ( 1 );

    struct thread_data* thread_states = apointer;

    memset ( apointer, 0, NTHREADS * sizeof ( struct thread_data ) );

    pthread_t* thread_ids;

    int t = 0;

    thread_ids = ( pthread_t* ) calloc ( NTHREADS, sizeof ( pthread_t ) );

    /* create threads */
    for ( t = 0; t < NTHREADS; t++ ) {
        initstate_r ( random(), thread_states[t].statebuf, PRNG_BUFSZ, &thread_states[t].random_data );
        pthread_create ( &thread_ids[t], NULL, &thread_run, &thread_states[t].random_data );
    }

    for ( t = 0; t < NTHREADS; t++ ) {
        pthread_join ( thread_ids[t], NULL );
    }

    free ( thread_ids );
    free ( thread_states );
}

具有 CACHE_LINE_SIZE 64:

refugio:$ gcc -O3 -o bin/nixuz_random_r src/nixuz_random_r.c -lpthread
refugio:$ time bin/nixuz_random_r 
64
63499495
944240966

real    0m1.278s
user    0m2.540s
sys 0m0.000s

或者,您可以使用双倍的缓存线大小,并使用malloc—额外的填充可以确保可变内存在单独的行上,因为malloc是16(IIRC)而不是64字节对齐的。

(我将迭代次数减少了10倍,而不是拥有一台愚蠢的快速机器)

Tisho DadoCe 12 年前

我不知道这是否相关-但我看到了一个非常相似的行为(两个线程的速度比一个线程慢很多)。我基本上改变了:

  srand(seed);
  foo = rand();

到A

  myseed = seed;
  foo = rand_r(&myseed);

并且“固定”了它(现在2个线程的速度几乎是原来的两倍——例如19秒而不是35秒)。

我不知道问题可能是什么——锁定或缓存内部的一致性 rand() 也许吧?总之,还有一个 random_r() 所以这可能对你(一年前)或其他人有用。