多核上的虚假共享

Question

下面的程序会不会出现虚假分享？

内存

1个数组分成4个相等的区域：[A1, A2, B1, B2]
在实际程序中整个数组可以放入L1缓存。
每个区域被填充为 64 字节的倍数。

步骤

1. thread 1 write to region A1 and A2 while thread 2 write to region B1 and B2.
2. barrier
3. thread 1 read B1 and write to A1 while thread 2 read B2 and write to A2.
4. barrier
5. Go to step 1.

测试

#include <vector>
#include <iostream>
#include <stdint.h>
int main() {
    int N = 64;
    std::vector<std::int32_t> x(N, 0);
    #pragma omp parallel
    {
        for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
            #pragma omp for
            for (int j = 0; j < 2; ++j) {
                for (int k = 0; k < (N / 2); ++k) {
                    x[j*N/2 + k] += 1;
                }
            }
            #pragma omp for
            for (int j = 0; j < 2; ++j) {
                for (int k = 0; k < (N/4); ++k) {
                    x[j*N/4 + k] += x[N/2 + j*N/4 + k] - 1;
                }
            }
        }
    }
    for (auto i : x ) std::cout << i << " ";
    std::cout << "\n";
}

结果

32 elements of 500500 (1000 * 1001 / 2)
32 elements of 1000

Answer 1

您的代码中存在一些错误的共享，因为 x 不能保证与缓存行对齐。填充不一定足够。在您的示例中 N 非常小，这可能是个问题。请注意您的示例 N，最大的开销可能是工作共享和线程管理。如果 N 足够大，即 array-size / number-of-threads >> cache-line-size，则虚假共享不是相关问题。

从代码中的不同线程交替写入 A2 在缓存使用方面也不是最佳选择，但这不是错误的共享问题。

请注意，您不需要拆分循环。如果您在一个循环中连续访问内存中的索引，一个循环就可以了，例如

#pragma omp for
for (int j = 0; j < N; ++j)
    x[j] += 1;

如果你真的很小心，你可以添加 schedule(static)，这样你就可以保证均匀连续的单词分布。

请记住，错误共享是一个性能问题，而不是正确性问题，并且只有在经常发生时才有意义。典型的错误模式是写入 vector[my_thread_index].

多核上的虚假共享

False sharing over multiple cores

c++

parallel-processing

openmp

cpu-cache

false-sharing