OpenMP和GSL RNG -性能问题-4线程实现比纯顺序1慢10倍(四核CPU)

Question

我正在尝试将我的一个C项目从顺序转换为并行编程。尽管现在大部分代码都是为此目的从头开始重新设计的，但随机数的生成仍然是其核心。因此，随机数发生器(RNG)的性能不佳严重影响了程序的整体性能。

我编写了一些代码行(见下文)，以显示我所面临的问题，而不是过多的冗长。

问题是:每次线程nt的数量增加，性能都会明显下降。在这个工作站(LinuxKern2.6.33.4；gcc 4.4.4；英特尔四核CPU)，无论迭代n的次数多少，使用nt=4完成并行for-循环的时间大约比用nt=1长10倍。

这种情况似乎被描述为这里，但重点主要是fortran，一种我对它知之甚少的语言，所以我非常感谢您的帮助。

我试着按照他们的想法创建不同的RNG (具有不同的种子)供每个线程访问，但是性能仍然很差。实际上，每个线程的这个不同的种子点也困扰着我，因为我看不出如何才能保证最终生成的数字的质量(缺乏相关性等等)。

我已经考虑过完全放弃GSL，自己实现一个随机生成器算法(比如Mersenne)，但我怀疑我稍后会遇到同样的问题。

非常感谢您的回答和建议。请问一些我可能忘了提的重要问题。

编辑：实现了lucas1024 (为循环声明)和JonathanDursi (种子；将"a“设置为私有变量)建议的更正。在多线程模式下，性能仍然非常缓慢.

编辑2:实现了Jonathan提出的解决方案(见注释)。

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <time.h>
    #include <gsl/gsl_rng.h>
    #include <omp.h>

    double d_t (struct timespec t1, struct timespec t2){

        return (t2.tv_sec-t1.tv_sec)+(double)(t2.tv_nsec-t1.tv_nsec)/1000000000.0;
    }

    int main (int argc, char *argv[]){

        double a, b;

        int i,j,k;

        int n=atoi(argv[1]), seed=atoi(argv[2]), nt=atoi(argv[3]);

        printf("\nn\t= %d", n);
        printf("\nseed\t= %d", seed);
        printf("\nnt\t= %d", nt);

        struct timespec t1, t2, t3, t4;

        clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &t1);

        //initialize gsl random number generator
        const gsl_rng_type *rng_t;
        gsl_rng **rng;
        gsl_rng_env_setup();
        rng_t = gsl_rng_default;

        rng = (gsl_rng **) malloc(nt * sizeof(gsl_rng *));

            #pragma omp parallel for num_threads(nt)
        for(i=0;i<nt;i++){
            rng[i] = gsl_rng_alloc (rng_t);
            gsl_rng_set(rng[i],seed*i);
        }

        clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &t2);

        for (i=0;i<n;i++){
            a = gsl_rng_uniform(rng[0]);
        }

        clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &t3);

        omp_set_num_threads(nt);
        #pragma omp parallel private(j,a)
        {
            j = omp_get_thread_num();
            #pragma omp for
            for(i=0;i<n;i++){
                a = gsl_rng_uniform(rng[j]);
            }
        }

        clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &t4);

        printf("\n\ninitializing:\t\tt1 = %f seconds", d_t(t1,t2));
        printf("\nsequencial for loop:\tt2 = %f seconds", d_t(t2,t3));
        printf("\nparalel for loop:\tt3 = %f seconds (%f * t2)", d_t(t3,t4), (double)d_t(t3,t4)/(double)d_t(t2,t3));
        printf("\nnumber of threads:\tnt = %d\n", nt);

        //free random number generator
        for (i=0;i<nt;i++)
            gsl_rng_free(rng[i]);
        free(rng);

        return 0;

    }

Answer 1

问题是在第二个#实用主义omp行。第一个#务实omp生成4个线程。在此之后，您应该简单地说#语用omp for -而不是#语用omp并行for。

使用当前代码，取决于omp嵌套设置，您将创建4个执行相同工作和访问相同数据的线程。