c++ - For 循环中的 OpenMP 并行部分 (C++) - 开销
问题描述
我一直在研究量子模拟。每个时间步计算一个势函数,迭代求解器的一个步骤,然后进行一系列测量。这三个过程很容易并行化,而且我已经确保它们不会相互干扰。此外,还有一些相当简单的东西,但不应该并行完成。设置概要如下所示。
omp_set_num_threads(3);
#pragma omp parallel
{
while (notDone) {
#pragma omp sections
{
#pragma omp section
{
createPotential();
}
#pragma omp section
{
iterateWaveFunction();
}
#pragma omp section
{
takeMeasurements();
}
}
#pragma omp single
{
doSimpleThings();
}
}
}
代码工作得很好!我看到速度增加,主要与 TDSE 求解器一起运行的测量相关(速度增加约 30%)。但是,该程序从使用大约 10% 的 CPU(大约一个线程)到 35%(大约三个线程)。如果势函数、TDSE 迭代器和测量花费同样长的时间,这将是有意义的,但事实并非如此。根据速度的提高,我预计 CPU 使用率大约为 15%。
我感觉这与在 while 循环中运行这三个线程的开销有关。更换
#pragma omp sections
和
#pragma omp parallel sections
(并在循环之前省略两行)没有任何改变。有没有更有效的方法来运行这个设置?我不确定线程是否不断被重新创建,或者线程是否在等待其他线程完成时占用了整个核心。如果我将线程数从 3 增加到任何其他数量,程序将使用尽可能多的资源(可能是所有 CPU)并且不会获得性能提升。
解决方案
我尝试了很多选项,包括使用任务而不是部分(具有相同的结果)、切换编译器等。正如 Qubit 所建议的,我也尝试使用 std::async。这就是解决方案!CPU 使用率从大约 50% 下降到 30%(这是在与原始帖子不同的计算机上,所以数字不同——基本上 1.6 倍 CPU 使用率获得了 1.5 倍的性能提升)。这更接近我对这台计算机的预期。
作为参考,这里是新的代码大纲:
void SimulationManager::runParallel(){
auto rV = &SimulationManager::createPotential();
auto rS = &SimulationManager::iterateWaveFunction();
auto rM = &SimulationManager::takeMeasurements();
std::future<int> f1, f2, f3;
while(notDone){
f1 = std::async(rV, this);
f2 = std::async(rS, this);
f3 = std::async(rM, this);
f1.get(); f2.get(); f3.get();
doSimpleThings();
}
}
三个原始函数使用 std::async 调用,然后我使用未来变量 f1、f2 和 f3 将所有内容收集回单个线程并避免访问问题。
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