Многопоточный random_r медленнее, чем единственная потоковая версия

Question

Многопоточный random_r медленнее, чем единственная потоковая версия

Следующая программа является по существу тем же как тем, описанным здесь. Когда я выполняю и компилирую программу с помощью двух потоков (NTHREADS == 2), я добираюсь следующие разы:

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

Когда это выполняется со всего одним потоком (NTHREADS == 1), я получаю время выполнения значительно лучше даже при том, что это только использует одно ядро.

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

Моя система является двухъядерной, и я знаю, что random_r ориентирован на многопотоковое исполнение, и я вполне уверен, это не блокируется. Когда та же программа запущена без random_r, и вычисление косинусов и синусов используется в качестве замены, поточных двойным образом выполнений версии приблизительно в 1/2 время как ожидалось.

#include 
#include 
#include 

#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);
}

Я смущен, почему при генерации случайных чисел поточная версия двух работает намного хуже, чем единственная потоковая версия, рассматривая random_r предназначена, чтобы использоваться в многопоточных приложениях.

10

c linux performance multithreading random

задан Nixuz 8 June 2010 в 22:14

1 ответ

Другие вопросы по тегам:

c linux performance multithreading random

Похожие вопросы:

score 13 · Accepted Answer

Очень простое изменение для размещения данных в памяти:

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]);
}

приводит к гораздо более быстрому времени работы на моей двухъядерной машине.

Это подтвердило бы подозрение, что оно предназначалось для проверки - что вы изменяете значения в одной и той же строке кэша в двух отдельных потоках, что приводит к конфликту с кешем. Машинная архитектура Херба Саттера - то, что ваш язык программирования никогда не говорил вам, стоит посмотреть , если у вас есть время, если вы еще не знаете об этом, он демонстрирует ложное совместное использование, начиная примерно с 1: 20.

Определите размер строки кэша и создайте данные каждого потока, чтобы они были согласованы с ними.

Немного проще поместить все данные потока в структуру и выровнять ее:

#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 );
}

с 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

Или вы можете использовать двойной размер строки кэша и использовать malloc - дополнительное заполнение гарантирует, что измененная память находится в отдельных строках, поскольку malloc имеет выравнивание по 16 (IIRC), а не по 64 байтам.

(Я уменьшил ИТЕРАЦИИ в десять раз вместо того, чтобы иметь дурацко быструю машину)