OpenMP：单个 nowait 构造中的共享变量

Question

所以我有这个小sn-p代码：

int a = 10;
bool finished = false;

#pragma omp parallel num_threads(3) shared(a, finished)
{
    while(!finished) {

        #pragma omp single nowait
        {
            printf("[%d] a is: %d\n", omp_get_thread_num(), a);
            a--;
            finished = true;
        }

    }
}

输出是

[0] a is: 10
[2] a is: 10
[1] a is: 10

这根本不是我所期望的。我意识到所有线程都可能在退出while循环之前进入单个构造，但是为什么它们都说相同的a？进入的第二个线程应该有 a = 9，第三个线程应该有 a = 8。 我在 a 上尝试过 #pragma omp flush 和 #pragma omp atomic 但没有用。我想在该块中使用 a 进行比较（即 if(a == 10)），因此一旦另一个线程进入单个块，更新值至关重要。我做错了什么？

Answer 1

你的代码的问题是single指令基本没有效果。通过指定nowait 子句，其他线程将不会在块结束时等待，而是立即进入下一个循环迭代。

这意味着，到达single 构造的第一个线程将在第一次迭代中执行该块。其余线程将跳过该块并在第二次迭代中立即再次到达single 构造。然后剩下的两个线程之一也进入块（因为它是一个新的迭代，因此块的另一个出现）。另一个在第三次迭代中再次跳过并立即进入。最后，所有线程几乎同时执行并打印a 的初始值，因为在此时间点之前没有一个线程成功递减a。

如果您如下交换single 块内的语句，您将看到a 发生变化。但是，这些值及其顺序是不确定的。

#pragma omp single nowait
{
    a--;
    printf("[%d] a is: %d\n", omp_get_thread_num(), a);
    finished = true;
}

Answer 2

我不认为你想要一个线程来执行你的代码块，而是你想要确保每个线程不会踩到a 和finished 中其他线程的数据。这是通过#pragma omp critical 完成的。此外，您不能有nowait 子句，因为根据定义，其他线程在其他线程完成临界区之前不会进入代码块。

while(!finished) {

    // only 1 thread will enter this region at a time
    #pragma omp critical
    {
        printf("[%d] a is: %d\n", omp_get_thread_num(), a);
        a--;
        finished = true;
    }

}

另外，请注意，具有这种线程相互依赖性可能会降低性能。我建议您避免这种情况并更改您的算法，除非您看不到其他方法。

Answer 3

我真的不确定您在这里尝试实现什么...实际上，如果没有 single 块之外的其他线程完成任何类型的工作，我看不出结构的意义。

无论如何，我尝试通过在块外添加printf() 语句来扩展您的示例，该语句还打印a 的值，以查看如何将其传输到其他线程。此外，由于您使用了single 指令，我假设您只希望一个线程执行该块，即使它位于while() 循环中。所以它看起来非常适合使用 OpenMP 锁...

这是我想出的：

#include <stdio.h>
#include <omp.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int a = 10;
    bool finished = false;
    omp_lock_t lock;
    omp_init_lock( &lock );
    #pragma omp parallel num_threads( 3 ) shared( a, finished )
    {
        while( !finished ) {
            if ( omp_test_lock( &lock ) ) {
                printf( "[%d] a is: %d\n", omp_get_thread_num(), a );
                #pragma omp atomic update
                a--;
                usleep( 10 );
                finished = true;
                #pragma omp flush( finished )
                omp_unset_lock( &lock );
            }
            #pragma omp flush( finished, a )
            printf( "[%d] outside of if block, a is: %d\n", omp_get_thread_num(), a );
        }
    }
    return 0;
}

我添加了对usleep() 的调用，以稍微延迟if 块内指令的执行，并让其他线程有机会打印一些东西。我已经用 gcc 4.9 和 5.3 版以及 Intel 编译器 16.0 对其进行了测试，所有 3 个都给了我相同类型的输出，（显然在运行之间的打印顺序和数量上有一些变化）。

结果如下所示：

~/tmp$ icpc -fopenmp omplock.cc
~/tmp$ ./a.out 
[0] a is: 10
[1] outside of if block, a is: 10
[1] outside of if block, a is: 9
[1] outside of if block, a is: 9
[1] outside of if block, a is: 9
[1] outside of if block, a is: 9
[1] outside of if block, a is: 9
[2] outside of if block, a is: 10
[1] outside of if block, a is: 9
[0] outside of if block, a is: 9

这种方法能满足您的需求吗？