如何在多线程c中实现“软屏障”

2023年1月25日 162次阅读

我有一些具有以下结构的多线程c代码：

do_thread_specific_work();
update_shared_variables();
//checkpoint A
do_thread_specific_work_not_modifying_shared_variables();
//checkpoint B
do_thread_specific_work_requiring_all_threads_have_updated_shared_variables();

如果所有线程都只到达检查点A,那么检查点B之后的工作可能已经开始,因此我的概念是“软屏障”.

通常,多线程库只提供“硬障碍”,其中所有线程必须在任何可以继续之前到达某个点.显然,在检查站B可以使用硬屏障.

使用软屏障可以带来更好的执行时间,特别是因为检查点A和B之间的工作可能无法在线程之间进行负载平衡(即,已经到达检查点A而非B的1个慢线程可能导致所有其他人等待在检查站B)之前的障碍处.

我已经尝试过使用原子来同步事物而且我100％确定地知道它不能保证工作.例如,使用openmp语法,在并行部分开始之前：

shared_thread_counter = num_threads;  //known at compile time
#pragma omp flush

然后在检查站A：

#pragma omp atomic
shared_thread_counter--;

然后在检查站B(使用轮询)：

#pragma omp flush
while (shared_thread_counter > 0) {
  usleep(1);  //can be removed, but better to limit memory bandwidth
  #pragma omp flush
}

我设计了一些实验,其中我使用原子来指示在完成之前的一些操作.这个实验大部分时间都可以使用2个线程,但是当我有很多线程(比如20或30)时,它会一直失败.我怀疑这是因为现代CPU的缓存结构.即使一个线程在执行原子减量之前更新了某个其他值,也不能保证按该顺序由另一个线程读取.考虑另一个值是高速缓存未命中并且原子减量是高速缓存命中的情况.

那么回到我的问题,如何正确实现这个“软障碍”？是否有任何内置功能可以保证这种功能？我更喜欢openmp,但我熟悉大多数其他常见的多线程库.

作为现在的解决方法,我在检查点B使用了一个硬屏障,我重新构建了我的代码,使得检查点A和B之间的工作自动在线程之间进行负载平衡(这有时很难).

感谢您的任何建议/见解:)

最佳答案 如何使用条件变量？我不确定是否提供了条件变量,因为我不熟悉OpenMP.

int counter = 0;
condition_variable cond;

// checkpoint A
++counter;
cond.notify_all();

// checkpoint B
cond.wait_until( counter >= NUM_THREADS );

在每个线程到达检查点A之前,没有线程可以通过检查点B.

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