std::lock_guard 和 #pragma omp critical 之间的区别

Question

让我们考虑一些代码来安全地在具有多个线程的 for 循环中递增变量。

要实现这一点，您必须在增加变量时使用某种锁定机制。 当我在寻找解决方案时，我想出了以下解决方案。

我的问题是：

1. 它们是否同样好，或者其中一个有一些后备？
2. 何时使用mutex 而不是#pragma omp critical？

#include <iostream>
#include <mutex>

int main(int argc, char** argv)
{
    int someVar = 0;
    std::mutex someVar_mutex;

    #pragma omp parallel for
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(someVar_mutex);
        ++someVar;
    }

    std::cout << someVar << std::endl;

    return 0;
}

#include <iostream>

int main(int argc, char** argv)
{
    int someVar = 0;

    #pragma omp parallel for
    for (int i = 0; i < 1000; i++)
    {
        #pragma omp critical
        ++someVar;
    }

    std::cout << someVar << std::endl;

    return 0;
}

Answer 1

临界区与获取锁的作用相同（并且可能会在内部使用锁）。

1. std::mutex 是标准 C++ 功能，而 #pragma omp critical 是 OpenMP 扩展，未由标准定义。

2. 临界区名称对整个程序都是全局的（与模块边界无关）。因此，如果您在多个模块中有同名的临界区，则不能同时执行其中两个。如果省略名称，则假定为默认名称。 (docs)。

更喜欢标准 C++，除非有充分的理由使用另一个（在衡量两者之后）。

不是直接针对问题，但是这个循环还有一个问题：每次循环迭代都会执行锁。这会显着降低性能（另请参阅 this answer）。

Answer 2

来自cppreference.com 约lock_guard 可以阅读

lock_guard 类是一个互斥体包装器，它提供了一个方便的 RAII 风格的机制，用于在作用域期间拥有互斥锁 块。

从OpenMP 标准关于critical 可以阅读：

关键构造限制了相关联的执行 结构化块一次到一个线程。

因此，两种机制都提供了处理相同问题的方法即确保代码块的mutual exclusion。

它们是否同样好，或者其中一个有一些后备？

两者都是粗粒度锁定机制，但是，默认情况下，OpenMP critical 的粒度更粗，因为：

所有没有名称的关键结构都被认为具有相同的未指定名称。

因此，如果未指定名称，则所有关键区域都使用相同的全局锁，这在语义上与使用lock_guard 和相同的mutex 相同。尽管如此，可以与critical pragma 一起指定一个名称：

可选名称可用于标识关键构造。

#pragma omp critical(name)

在critical 上指定name 在语义上类似于将锁传递给std::lock_guard<std::mutex> lock(name);。

OpenMP 还提供了明确的锁定机制，例如 omp_lock_t（SO Thread 中的一些详细信息），这一点毫无价值。

尽管如此，您应该尽可能地瞄准比关键区域更精细的同步机制，即reduction、atomics，甚至使用数据冗余。例如，在您的代码 sn-p 中，最高效的方法是使用 reduction 子句，如下所示：

#pragma omp parallel for(+:someVar)
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    ++someVar;
}

1. 何时使用互斥锁而不是 #pragma omp critical？

IMO 这不应该是一个考虑因素，首先因为正如Michael Klemm 所指出的那样：

需要注意的一点：“#pragma omp critical”只能 与其他“关键”构造交互。您不能混合使用 C++ 锁 和带有 C++ 锁的 OpenMP 锁（锁 API 或“关键”构造） 像 std::mutex 一样。所以，你有使用保护的代码 std::mutex （或顶部的 std::lock_guard ），然后是其他 OpenMP 代码 应该是互斥的，还需要使用 std::mutex （反之亦然 反之亦然）。

此外，正如Gilles 指出的那样（我也有同样的看法）：

原则上，混合两种不同的并行模型是一种 馊主意。因此，如果您使用 OpenMP 并行性，请避免将 C++ 用作 两者之间的互动可能是出乎意料的。