虚假分享和pthreads

我有以下任务来演示虚假共享并编写了一个简单的程序：

#include  #include  #include  #include  long long int tmsBegin1,tmsEnd1,tmsBegin2,tmsEnd2,tmsBegin3,tmsEnd3; int array[100]; void *heavy_loop(void *param) { int index = *((int*)param); int i; for (i = 0; i < 100000000; i++) array[index]+=3; } int main(int argc, char *argv[]) { int first_elem = 0; int bad_elem = 1; int good_elem = 32; long long time1; long long time2; long long time3; pthread_t thread_1; pthread_t thread_2; tmsBegin3 = clock(); heavy_loop((void*)&first_elem); heavy_loop((void*)&bad_elem); tmsEnd3 = clock(); tmsBegin1 = clock(); pthread_create(&thread_1, NULL, heavy_loop, (void*)&first_elem); pthread_create(&thread_2, NULL, heavy_loop, (void*)&bad_elem); pthread_join(thread_1, NULL); pthread_join(thread_2, NULL); tmsEnd1 = clock(); tmsBegin2 = clock(); pthread_create(&thread_1, NULL, heavy_loop, (void*)&first_elem); pthread_create(&thread_2, NULL, heavy_loop, (void*)&good_elem); pthread_join(thread_1, NULL); pthread_join(thread_2, NULL); tmsEnd2 = clock(); printf("%d %d %d\n", array[first_elem],array[bad_elem],array[good_elem]); time1 = (tmsEnd1-tmsBegin1)*1000/CLOCKS_PER_SEC; time2 = (tmsEnd2-tmsBegin2)*1000/CLOCKS_PER_SEC; time3 = (tmsEnd3-tmsBegin3)*1000/CLOCKS_PER_SEC; printf("%lld ms\n", time1); printf("%lld ms\n", time2); printf("%lld ms\n", time3); return 0; } 

当我看到结果时（我在i5-430M处理器上运行它），我非常惊讶。

• 假共享，它是1020毫秒。
• 没有错误共享，它是710毫秒，只有30％快，而不是300％（它写在一些网站上，它会快于300-400％）。
• 不使用pthreads，它是580毫秒。

请告诉我我的错误或解释为什么会发生。

Answer 1

虚假共享是多个内核的结果，其中单独的高速缓存访​​问物理内存的相同区域（尽管不是相同的地址 – 这将是真正的共享）。

要了解错误共享，您需要了解缓存。 在大多数处理器中，每个核心都有自己的L1缓存，它保存最近访问的数据。 高速缓存以“行”组织，这些行是对齐的数据块，通常为32或64字节长度（取决于您的处理器）。 当您从不在高速缓存中的地址读取时，整行将从主存储器（或L2高速缓存）读入L1。 当您写入缓存中的地址时，包含该地址的行标记为“脏”。

这是共享方面的用武之地。如果多个核心从同一行读取，则每个核心都可以在L1中拥有该行的副本。 但是，如果副本标记为脏，则会使其他高速缓存中的行无效。 如果没有发生这种情况，那么在一个核心上进行的写入可能在很久以后才会被其他核心看到。 因此，下次另一个核心从该行读取时，缓存未命中，并且必须再次获取该行。

当核心正在读取和写入同一行上的不同地址时，会发生错误共享。 即使它们不共享数据，缓存也会像它们一样，因为它们非常接近。

此效果高度依赖于处理器的体系结构。 如果你有一个核心处理器，你根本看不到效果，因为没有共享。 如果您的缓存行更长，您会在“坏”和“好”情况下看到效果，因为它们仍然靠近在一起。 如果您的内核没有共享L2缓存（我猜他们会这样做），您可能会看到300-400％的差异，因为他们必须在缓存未命中时一直到主内存。

您可能还想知道每个线程都在读写（+ =而不是=）是很重要的。 某些处理器具有直写高速缓存，这意味着如果核心写入不在高速缓存中的地址，则它不会错过并从内存中获取该行。 与回写缓存相比，后者确实错过了写入。

Answer 2

我用谷歌搜索了C.中的clock（）函数。它给出了从开始到结束所经过的CPU时钟数。当你运行两个并行线程时，CPU周期数将是（CPU1的时钟周期+ cpu2的时钟周期） 。 我想你想要的是一个真正的计时器时钟。为此你使用clock_gettime（），你将得到预期的输出。

我使用clock_gettime（）运行你的代码。我得到了这个：

与错误共享874.587381毫秒

没有错误共享331.844278 ms

顺序计算604.160276 ms