增加 pthreads 线程数对速度没有影响

Question

在下面的程序中，增加线程数根本不会产生任何加速好处（在 linux 下用 time 命令测量）。我在以下处理器上运行过它：

• 英特尔 i5 M520
• 英特尔至强 X5650

在我看来，在线程之间划分工作的逻辑是正确的。我什至尝试移除锁，这显然给出了错误的结果，但仍然没有提高速度。有什么想法吗？

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>

double sum;
pthread_mutex_t mutex;
typedef struct {
    int start;
    int end;
}sumArg;

void *sumRoots(void *arg) {
    sumArg s = *((sumArg *) arg);
    int i = s.start;
    double tmp;
    while(i <= s.end) {
        tmp = sqrt(i);
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        sum += tmp;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        i++;
    }
    free(arg);
}

int main(int argc, char const *argv[]) {
    int threadCount = atoi(argv[1]);
    int N = atoi(argv[2]);
    if (N < 1 || threadCount < 1) printf("Usage: ./sumOfRoots threads N\n");

    pthread_t tid[threadCount];
    pthread_attr_t attr;
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);

    sumArg *s;
    int i = 0;
    while(i < threadCount) {
        s = (sumArg *) malloc(sizeof(sumArg));
        s->start = ((N/threadCount) * i) + 1;
        s->end = (N/threadCount) * (i + 1);
        pthread_create(&tid[i], &attr, sumRoots, s);
        i++;
    }

    i = 0;
    while(i < threadCount) pthread_join(tid[i++], NULL);
    printf("sum: %f\n", sum);
    return 0;
}

编辑： 以下是该程序的一些运行，均在 i5 M520 上运行：

time ./sumOfRoots 1 1000000000
sum: 21081851083600.558594

real    0m21.933s
user    0m21.268s
sys     0m0.000s

time ./sumOfRoots 2 1000000000
sum: 21081851083600.691406

real    0m21.207s
user    0m21.020s
sys     0m0.008s

time ./sumOfRoots 4 1000000000
sum: 21081851083600.863281

real    0m21.488s
user    0m21.116s
sys     0m0.016s

time ./sumOfRoots 8 1000000000
sum: 21081851083601.777344

real    0m21.432s
user    0m21.092s
sys     0m0.020s

我认为总和的变化是由浮点精度损失引起的。

Answer 1

时间几乎保持不变的原因是它以同步为主。在我的电脑上，单线程解决方案更快！

如下更改代码使时序符合预期：

void *sumRoots(void *arg) {
    sumArg s = *((sumArg *) arg);
    int i = s.start;
    double tmp = 0;
    while(i <= s.end) {
        tmp += sqrt(i++);
    }
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    sum += tmp;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    free(arg);
    return 0;
}

现在你的线程运行了一段时间没有同步，然后在添加过程中只同步一次。

我在系统上看到的时间如下：

> time ./a.out 1 1000000000
sum: 21081851083600.558594
real    0m13.220s
user    0m13.098s
sys 0m0.009s

> time ./a.out 2 1000000000
sum: 21081851083600.863281

real    0m6.613s
user    0m12.930s
sys 0m0.027s