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pthread vs openMP之我见

2012-12-19 2668

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简介：

前两天看了些并行计算的文章，了解了一些并行计算的方法和原理。然后发现多线程实现里面还有个openMP，这个以前从来没见过（火星了），之前只是知道pthread线程库和微软也实现了一套线程。又看了看openMP的一些教程才知道它是怎么回事。

　　pthread全称应该是POSIX THREAD，顾名思义这个肯定是按照POSIX对线程的标准而设计的。目前我所知道的有两个版本：Linux Thread（较早）和NPTL（主流？）。pthread库是一套关于线程的API，提供“遵循”（各平台实现各异）POSIX标准的线程相关的功能。

　　openMP不同于pthread的地方是，它是根植于编译器的（也要包含头文件omp.h），而不是在各系统平台是做文章。它貌似更偏向于将原来串行化的程序，通过加入一些适当的编译器指令（compiler directive）变成并行执行，从而提高代码运行的速率。如：

 1 #include<omp.h>
 2 #include<stdio.h>
 3 
 4  #define ARRAY_SIZE 1000
 5  #define CHUNK_SIZE 100
 6 
 7  int main()
 8 {
 9     int array[ARRAY_SIZE];
10     int thread_num = ARRAY_SIZE/CHUNK_SIZE+1;
11     omp_set_num_threads(thread_num);
12 
13     //init array
14      int i;
15     for(i=0;i<ARRAY_SIZE;i++)
16     {
17         array[i]=i;
18     }
19 
20  #pragma omp parallel for schedule(guided,CHUNK_SIZE) private(i)
21     for(i=0;i<ARRAY_SIZE;i++)
22     {
23         int n = array[i];
24         int num_of_one=0;
25         if(n!=0)
26         {
27             num_of_one++;
28             while((n=n&(n-1))!=0)
29             {
30                 num_of_one++;
31             }
32         }
33         array[i]=num_of_one;
34     
35     }
36     for(i=0;i<ARRAY_SIZE;i++)
37     {
38         printf("%d ",array[i]);
39     }
40     printf("\n");
41     return 0;
42 
43 }
44 
45

　　上面一段代码是通过加了一条函数调用（11行）和一条编译器指令（20行），从而将原来的循环分给多个线程来做。（本程序是计算0~ArraySize-1的每个数中二进制包含1个数）。

　　而对于一开始就打算用并行方法来实现的程序，用pthread应该是更方便和更清晰。

下面是分别用pthread和openMP实现的worker_and_consumer:

pthread版：

代码 
    
  
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

 #define SIZE 100
 #define THREAD_NUM_WORKER 15
#define THREAD_NUM_CONSUMER 10
#define SLEEP_WORKERS 2
#define SLEEP_CONSUMERS 1

int warehouse[SIZE];
int at =-1;
int is_end =0;
pthread_mutex_t space = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t end   = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* consumer_func(void*);
void* worker_func(void*);

int main()
{
   pthread_t workers[THREAD_NUM_WORKER];
   pthread_t consumers[THREAD_NUM_CONSUMER];
   int i,j;
   int n;
   for(i=0;i<THREAD_NUM_WORKER;i++)
       pthread_create(&workers[i],NULL,worker_func,NULL);
   for(j=0;j<THREAD_NUM_CONSUMER;j++)
       pthread_create(&consumers[j],NULL,consumer_func,NULL);
   while(is_end==0)
   {
       scanf("%d",&n);
       if(n==0)
       {
           pthread_mutex_lock(&end);
           is_end=1;
           pthread_mutex_unlock(&end);
       }
   }    
   for(i=0;i<THREAD_NUM_WORKER;i++)
           pthread_join(workers[i],NULL);
   for(j=0;j<THREAD_NUM_CONSUMER;j++)
           pthread_join(consumers[j],NULL);
   return 0;
}

void* worker_func(void* var)
{
   while(1)
   {
       if(is_end)
           break;
       //保护at变量
       pthread_mutex_lock(&space);
       if(SIZE-at-1>0)
       {
           printf("Make %d by worker %lld ",warehouse[++at]=rand(),pthread_self());
           printf("and at is %d\n",at);
       }
       pthread_mutex_unlock(&space);
       sleep(SLEEP_WORKERS);
   }
   return NULL;
}


void* consumer_func(void* var)
{
   while(1)
   {
       if(is_end)
           break;
       pthread_mutex_lock(&space);
       if(at>=0)
       {
           printf("Got %d by consumer %lld\n",warehouse[at--],pthread_self());
           printf("and at is %d\n",at);
       }
       pthread_mutex_unlock(&space);
       sleep(SLEEP_CONSUMERS);
   }
   return NULL;
}




    
  

openMP版：

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


#define SIZE 100
#define THREAD_NUM_WORKER 15
#define THREAD_NUM_CONSUMER 10
#define SLEEP_WORKERS 2
#define SLEEP_CONSUMERS 1

int warehouse[SIZE];
int at =-1;
int is_end =0;

void start_workers()
{
   omp_set_num_threads(THREAD_NUM_WORKER);
#pragma omp parallel default(shared)
   {
       if(omp_get_thread_num()==0)
           printf("worker num is %d\n",omp_get_num_threads());
       while(1)
       {
               if(is_end)
                   break;
//保护at变量
#pragma omp critical(space)
           {
               if(SIZE-at-1>0)
               {
                   printf("Make %d by worker %d ",warehouse[++at]=rand(),omp_get_thread_num());
                   printf("and at is %d\n",at);
               }
           }
           sleep(SLEEP_WORKERS);
       }
   }
}


void start_consumers(void)
{
   omp_set_num_threads(THREAD_NUM_CONSUMER);
#pragma omp parallel default(shared)
   {
       if(omp_get_thread_num()==0)
           printf("consumer num is %d\n",omp_get_num_threads());
       while(1)
       {
           if(is_end)
               break;
#pragma omp critical(space)
           {
               if(at>=0)
               {
                   printf("Got %d by consumer %d\n",warehouse[at--],omp_get_thread_num());
                   printf("and at is %d\n",at);
               }
           }
           sleep(SLEEP_CONSUMERS);
       }
   }
}

int main()
{
   omp_set_dynamic(0);
   omp_set_nested(1);//这个不设置的话，就不能嵌套fork子线程咯
   //先设置3个线程，每个线程完成一个section
   omp_set_num_threads(3);
#pragma omp parallel sections
   {
#pragma omp section
       {
           start_workers();
       }
#pragma omp section
       {
           start_consumers();
       }
#pragma omp section
       {
           int in;
           scanf("%d",&in);
           if(!in)
           {
//保护is_end
#pragma omg critical(end)
               is_end =1;
           }
       }
   }
   return 0;
}



    
  

　　最后说一下，用openMP，编译时要加上选项-fopenmp，编译pthread时加上链接-lpthread。另外openMP有个缺点是若是代码中编译指令出错时，找错还是挺麻烦的，就像昨晚我把#pragma omp parallel写成了#pragma omg parallel，结果编译链接通过后却始终只有一个线程（主线程），找了好久...囧！

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