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c++ - 并行计算内存访问瓶颈

coder 2024-02-02 原文

以下算法在我的程序中迭代运行。运行它，没有下面指示的两行，需要 1.5 倍的时间。这让我非常惊讶。然而，更糟糕的是，运行 这两条线会将完成度提高到不运行它们的 4.4 倍(6.6 倍未运行整个算法)。此外，它导致我的程序无法扩展到超过 8 个核心。事实上，当在单核上运行时，这两条线仅将时间增加到 1.7 倍，考虑到它们的作用，这仍然太高了。我已经排除了它与我程序中其他地方修改后的数据的影响有关。

所以我想知道是什么原因造成的。可能与缓存有关？

void NetClass::Age_Increment(vector <synapse> & synapses, int k)  
{
    int size = synapses.size();
    int target = -1;

    if(k > -1)
    {
        for(int q=0, x=0 ; q < size; q++)
        {
            if(synapses[q].active)
                synapses[q].age++;
            else
            {
                if(x==k)target=q;
                x++;
            }
        }
        /////////////////////////////////////Causing Bottleneck/////////////
        synapses[target].active = true;
        synapses[target].weight = .04 + (float (rand_r(seedp) % 17) / 100);
        ////////////////////////////////////////////////////////////////////
    }

    else
    {
        for(int q=0 ; q < size; q++)
            if(synapses[q].active)
                synapses[q].age++;
    }
}

更新:将两个问题行更改为:

bool x = true;
float y = .04 + (float (rand_r(seedp) % 17) / 100);

解决问题。暗示这可能与内存访问有关？

最佳答案

每个线程都修改内存，所有其他读取:

for(int q=0, x=0 ; q < size; q++)
   if(synapses[q].active) ... // ALL threads read EVERY synapse.active
...
synapses[target].active = true; // EVERY thread writes at leas one synapse.active

这些来自不同线程的对同一地址的读写会导致大量缓存失效，这将导致您描述的症状。解决方案是避免在循环内写入，将写入移动到局部变量的事实再次证明问题是缓存失效。请注意，即使您不写正在读取的理智字段 (active)，您也可能会由于错误共享而看到相同的症状，因为我怀疑 active， age 和 weight 共享一个缓存行。

有关详细信息，请参阅 CPU Caches and Why You Care

最后要注意的是，对 active 和 weight 的赋值，更不用说 age++ 增量似乎都非常线程不安全。此类更新的互锁操作或锁/互斥保护将是强制性的。

关于c++ - 并行计算内存访问瓶颈，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/8283875/

amp43codesynapsesactivec++multithreadingmemoryoptimization

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