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c++ - 为什么 50 个线程比 4 个线程快?

coder 2023-05-04 原文

DWORD WINAPI MyThreadFunction(LPVOID lpParam) {
    volatile auto x = 1;
    for (auto i = 0; i < 800000000 / MAX_THREADS; ++i) {
        x += i / 3;
    }
    return 0;
}

此函数在 MAX_THREADS 中运行线程。我已经在 上运行了测试英特尔酷睿 2 双核 , Windows 7 , MS Visual Studio 2012 将并发可视化器与 MAX_THREADS=4 一起使用和 MAX_THREADS=50 . test1 (4 个线程)在 中完成7.1 秒 ,但是 test2 (50 个线程)在 中完成5.8 秒 test1有比 test2 更多的上下文切换.
我在 上运行了相同的测试英特尔酷睿 i5 , Mac OS 10.7.5 并得到相同的结果。

最佳答案

我决定自己在我的 4 核机器上对此进行基准测试。我通过对每个线程进行 100 次交叉测试,直接将 4 个线程与 50 个线程进行了比较。我使用了自己的数字,以便为每个任务分配合理的执行时间。

结果和你描述的一样。 50 线程版本稍微快一些。这是我的结果的箱线图:



为什么?我认为这归结为线程调度。直到所有线程都完成其工作后,任务才完成,每个线程必须完成四分之一的工作。因为您的进程正在与系统上的其他进程共享,如果任何单个线程切换到另一个进程,这将延迟整个任务。当我们等待最后一个线程完成时,所有其他内核都处于空闲状态。请注意 4 线程测试的时间分布如何比我们可能预期的 50 线程测试宽得多。

当您使用 50 个线程时,每个线程的工作量就会减少。因此,单个线程中的任何延迟对总时间的影响都不大。当调度程序忙于将内核分配给大量短线程时,可以通过将这些线程时间分配给另一个内核来补偿一个内核上的延迟。延迟对一个内核的总体影响并没有那么大。

因此,在这种情况下,额外的上下文切换似乎不是最大的因素。虽然增益很小,但考虑到处理比上下文切换重要得多,稍微占用线程调度程序似乎是有益的。与所有事情一样,您必须为您的应用找到正确的平衡点。

[编辑] 出于好奇,当我的计算机没有做其他事情时,我在一夜之间进行了测试。这次我每次测试使用了 200 个样本。同样,测试是交错进行的,以减少任何本地化后台任务的影响。

这些结果的第一个图是低线程数(最多为内核数的 3 倍)。您可以看到线程数的某些选择是多么糟糕......也就是说,任何不是内核数倍数的东西,尤其是奇数值。



第二个图适用于更高的线程数(从内核数的 3 倍到 60)。



在上图中,随着线程数的增加,您可以看到明显的下降趋势。随着线程数的增加,您还可以看到结果的传播范围变窄。

在本次测试中,有趣的是,4 线程和 50 线程测试的性能大致相同,并且 4 核测试的结果分布没有我最初的测试那么广泛。因为计算机没有做太多其他的事情,所以它可以把时间花在测试上。在将一个核心置于 75% 负载下时重复测试会很有趣。

为了让事情保持正确,请考虑:



[另一个编辑] 在发布我最后的大量结果后,我注意到困惑的箱线图显示了那些测试为 4 的倍数的趋势,但数据有点难以看清。

我决定只用 4 的倍数做一个测试,并认为我也可以同时找到 yield 递减点。所以我使用了 2 的幂的线程数,最多为 1024。我本来可以更高的,但 Windows 在大约 1400 个线程时出错。

结果相当不错,我想。如果您想知道小圆圈是什么,那些是中值。我选择它而不是我之前使用的红线,因为它更清楚地显示了趋势。



似乎在这种特殊情况下,付费污垢位于 50 到 150 个线程之间。在那之后,好处很快就消失了,我们进入了过度线程管理和上下文切换的领域。

结果可能会随着任务时间的长短而显着不同。在这种情况下,这是一项涉及大量无意义算术的任务,在单核上计算需要大约 18 秒。

通过仅调整线程数,我能够将 4 线程版本的平均执行时间额外减少 1.5% 到 2%。

关于c++ - 为什么 50 个线程比 4 个线程快?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/16268469/

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