在 C 中使用相同参数生成 n 个 pthread 的最有效方法

Question

我有 32 个线程，我提前知道输入参数，函数内部没有任何变化（每个线程与之交互的内存缓冲区除外）。

在伪 C 代码中，这是我的设计模式：

// declare 32 pthreads as global variables

void dispatch_32_threads() {
   for(int i=0; i < 32; i++) {
      pthread_create( &thread_id[i], NULL, thread_function, (void*) thread_params[i] );
   }
   // wait until all 32 threads are finished
   for(int j=0; j < 32; j++) {
      pthread_join( thread_id[j], NULL); 
   }
}

int main (crap) {

    //init 32 pthreads here

    for(int n = 0; n<4000; n++) {
        for(int x = 0; x<100< x++) {
            for(int y = 0; y<100< y++) {
                dispatch_32_threads();
                //modify buffers here
            }
        }
    }
}

我打了 dispatch_32_threads 100*100*4000= 40000000 次电话。 thread_function 和 (void*) thread_params[i] 不变。我认为 pthread_create 一直在创建和销毁线程，我有 32 个内核，其中 none 的利用率为 100%，徘徊在 12% 左右。此外，当我将线程数减少到 10 个时，所有 32 个内核的利用率都保持在 5-7%，而且我没有看到运行时间变慢。运行不到 10 个慢下来。

运行但是 1 个线程非常慢，所以多线程有帮助。我分析了我的代码，我知道 thread_func 很慢，而 thread_func 是可并行化的。这让我相信 pthread_create 不断在不同的内核上生成和销毁线程，在 10 个线程后我失去了效率，并且速度变慢了，thread_func 本质上 "less complicated" 比生成更多10 个线程。

这个评价是真的吗？ 100% 利用所有内核的最佳方法是什么？

Answer 1

线程创建很昂贵。它取决于不同的参数，但很少低于 1000 次循环。和线程的同步和销毁类似。如果您 thread_function 中的工作量不是很大，它将在很大程度上控制计算时间。

在内部循环中创建线程很少是个好主意。可能最好的方法是创建线程来处理外循环的迭代。根据您的程序以及 thread_function 的作用，迭代之间可能存在依赖关系，这可能需要进行一些重写，但解决方案可能是：

int outer=4000;
int nthreads=32;
int perthread=outer/nthreads;

// add an integer with thread_id to thread_param struct
void thread_func(whatisrequired *thread_params){
  // runs perthread iteration of the loop beginning at start
    int start = thread_param->thread_id;
    for(int n = start; n<start+perthread; n++) {
        for(int x = 0; x<100< x++) {
            for(int y = 0; y<100< y++) {
                //do the work
            }
        }
    }
}

int main(){
   for(int i=0; i < 32; i++) {
      thread_params[i]->thread_id=i;
      pthread_create( &thread_id[i], NULL, thread_func, 
              (void*) thread_params[i]);
   }
   // wait until all 32 threads are finished
   for(int j=0; j < 32; j++) {
      pthread_join( thread_id[j], NULL); 
   }
}

这种并行化，可以考虑使用openmp。 parallel for 子句将使您轻松试验最佳并行化方案。

如果存在依赖关系并且不可能进行如此明显的并行化，您可以在程序启动时创建线程并通过管理 thread pool 来为它们提供工作。管理队列比线程创建更便宜（但原子访问确实有成本）。

编辑：或者，您可以
1.把你所有的循环都放在线程函数中
2. 在内部循环的开始（或结束）处添加一个 barrier 以同步您的线程。这将确保所有线程都已完成其工作。
3. 在main中创建所有线程并等待完成。
障碍比线程创建更便宜，结果是相同的。

在 C 中使用相同参数生成 n 个 pthread 的最有效方法

Most efficient way to spawn n pthreads with the same parameters in C

multithreading

g++

pthreads

pthread-join