OpenMP 并行的两种方法之间的区别

Question

我只想通过 OpenMP 的汇总来评估函数的集成，方法是使用一个数组来保存每个步骤中计算的每个值 > 对所有值求和；并在没有数组的情况下求和。

密码是：

double f(double x)
{
    return sin(x)*sin(x)/(x*x+1);
}

方法一

    long i = 0;
    const long NUM_STEP = 100000;
    double sum[NUM_STEP];
    double from = 0.0, to = 1.0;
    double step = (to - from)/NUM_STEP;
    double result = 0;

    #pragma omp parallel for shared(sum) num_threads(4)
    for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
        sum[i] = step*f(from+i*step);
    for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
        result += sum[i];
    printf("%lf", result);

方法 2

    long i = 0;
    const long NUM_STEP = 100000;
    double from = 0.0, to = 1.0;
    double step = (to - from)/NUM_STEP;
    double result = 0;

    #pragma omp parallel for shared(result) num_threads(4)
    for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
        result += step*f(from+i*step);
    printf("%lf", result);

但是结果相差太大了。 METHOD 1 给出了一个稳定的值，而 METHOD 2 给出了一个可变的值。这是一个例子：

方法一：0.178446

方法 2：0.158738

METHOD 1 的值是正确的（由另一个工具检查）。

Answer 1

TL;DR 第一种方法没有 race-condition 而第二种方法有。

第一种方法没有竞争条件，而第二种方法有。即，在第一种方法中：

#pragma omp parallel for shared(sum) num_threads(4)
for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
    sum[i] = step*f(from+i*step);
for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
    result += sum[i];

每个线程将运算结果step*f(from+i*step);保存在数组sum[i]的不同位置。而之后master线程，依次递减数组sum上保存的值，即：

for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
    result += sum[i];

实际上，您可以在此版本上进行一些改进；与其分配与 NUM_STEP 的数量相同大小的数组 sum，您可以只分配与线程数量相同的大小，并且每个线程将保存在等于它的位置ID，即：

int total_threads = 4;
double sum[total_threads];
#pragma omp parallel num_threads(total_threads)
{
  int thread_id = omp_get_thread_num();
  for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
      sum[thread_id] += step*f(from+i*step);
  for(i=0; i< total_threads; i++)
      result += sum[i];
}

尽管如此，最好的方法是实际修复第二种方法。

在第二种方法中，在更新变量 result:

时存在 race-condition

#pragma omp parallel for shared(result) num_threads(4)
for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
    result += step*f(from+i*step);

因为 result 变量正在以非线程安全方式由多个线程同时更新。

要解决这个 race-condition 你需要使用 reduction 子句：

#pragma omp parallel for reduction(+:result) num_threads(4)
for(i=0; i<NUM_STEP; i++)
    result += step*f(from+i*step);

OpenMP 并行的两种方法之间的区别

Difference between two methods for OpenMP parallel

c

multithreading

parallel-processing

openmp

race-condition