c 허위 공유 예

거짓 공유는 여러 스레드가 동일한 캐시 라인에서 다른 변수를 수정하여 캐시 고장 및 성능 저하를 초래할 때 발생합니다. 1. 구조 채우기를 사용하여 각 변수가 하나의 캐시 라인을 독점적으로 차지하게합니다. 2. 메모리 정렬을 위해 alignas 또는 std :: hardware_destructive_interference_size를 사용하십시오. 3. 스레드-로컬 변수를 사용하여 결과를 병합하여 의사 공유를 피하고 다중 스레드 프로그램의 성능을 향상시킵니다.

멀티 스레드 프로그래밍에서 False 공유는 일반적인 성능 트랩입니다. 여러 스레드가 동일한 캐시 라인에 위치한 다른 변수를 수정하여 불필요한 캐시 고장 및 성능 저하가 발생할 때 발생합니다. 개발자는 메모리 레이아웃을 직접 제어하기 때문에이 문제는 특히 C에서 발생하기 쉽습니다.

다음은 일반적인 C False 공유 예 와 수정 방법입니다.

? 잘못된 공유 란 무엇입니까?

최신 CPU는 "캐시 라인"(보통 64 바이트)의로드 데이터를 캐시합니다. 두 개의 변수가 동일한 캐시 라인에있는 경우 다른 스레드에 의해 독립적으로 액세스 되더라도 한 스레드의 쓰기로 인해 다른 스레드의 캐시 라인이 무효화되어 메모리에서 재 장전이 발생합니다. 이것은 의사 공유입니다.

? 의사 공유 샘플 코드

 #Include <streld>
#include <vector>
#include <Chrono>
#include <iostream>

Alignas (64) struct 카운터 {
    휘발성 긴 값 = 0;
};

const int num_threads = 4;
const long 반복 = 10&#39;000&#39;000;

// 여러 스레드는 배열을 공유하지만 각 스레드는 다른 요소에서 작동합니다.

void worker_bad (int tid) {
    for (long i = 0; i <반복; i) {
        counters_bad [tid] .Value;
    }
}

int main () {
    std :: vector <std :: 스레드> 스레드;

    자동 시작 = std :: Chrono :: High_resolution_clock :: now ();

    for (int i = 0; i <num_threads; i) {
        threads.emplace_back (worker_bad, i);
    }

    for (auto & t : streads) {
        t.join ();
    }

    자동 엔드 = std :: Chrono :: High_resolution_clock :: now ();
    자동 시간 = std :: chrono :: duration_cast <std :: chrono :: milliseconds> (END -Start);

    std :: cout << "bad (false sharing) :"<< duration.count () << "ms \ n";
    반환 0;
}

⚠️ 각 스레드는 counters_bad[tid] 를 작동하지만 Counter 구조는 alignas(64) 만 사용하여 개별 변수를 정렬하는 반면 std::vector 의 요소는 연속적으로 저장됩니다. Counter 충분히 채워지지 않으면 여러 Counter 동일한 캐시 라인에 압박되어 의사 공유가 발생할 수 있습니다.

그러나 위의 코드는 실제로 충분히 일반적이지 않으며 명확한 비교를 봅시다.

? 비교 : 의사 공유와 의사 공유가 없습니다

 #Include <streld>
#include <vector>
#include <Chrono>
#include <iostream>

// 메소드 1 : 잘못된 공유를 쉽게 생성 할 수 있습니다 (변수가 너무 가깝습니다)
Struct Counterfalse {
    휘발성 긴 a = 0;
    // 패딩이 없으면 다중 카운터 폴스가 캐시 라인을 공유 할 수 있습니다};

// 메소드 2 : 잘못된 공유를 피하고 수동으로 캐시 라인에 채우십시오.
    휘발성 긴 a = 0;
    숯 패딩 [64 -Sizeof (long)]; // 64 바이트로 채우십시오};

const int num_threads = 4;
const long 반복 = 10&#39;000&#39;000;

// 테스트 1 : 거짓 공유 버전 std :: vector <Counterfalse> counters_false (num_threads);
void worker_false (int tid) {
    for (long i = 0; i <반복; i) {
        COUNTERS_FALSE [TID] .A;
    }
}

// 테스트 2 : 잘못 공유 버전 없음 std :: vector <counterfixed> counters_fixed (num_threads);
void worker_fixed (int tid) {
    for (long i = 0; i <반복; i) {
        counters_fixed [tid] .a;
    }
}

int main () {
    std :: vector <std :: 스레드> 스레드;

    // 거짓 공유를 테스트합니다
    자동 시작 = std :: Chrono :: High_resolution_clock :: now ();
    for (int i = 0; i <num_threads; i) {
        threads.emplace_back (worker_false, i);
    }
    for (auto & t : streads) t.join ();
    자동 엔드 = std :: Chrono :: High_resolution_clock :: now ();
    자동 시간 = std :: chrono :: duration_cast <std :: chrono :: milliseconds> (종료 - 시작);
    std :: cout << "잘못된 공유 :"<< duration1.count () << "ms \ n";

    threads.clear ();

    // 고정 버전 테스트
    start = std :: Chrono :: High_resolution_clock :: now ();
    for (int i = 0; i <num_threads; i) {
        threads.emplace_back (worker_fixed, i);
    }
    for (auto & t : streads) t.join ();
    end = std :: Chrono :: High_resolution_clock :: now ();
    자동 duration2 = std :: chrono :: duration_cast <std :: chrono :: milliseconds> (종료 - 시작);
    std :: cout << "잘못된 공유없이 :"<< duration2.count () << "ms \ n";

    반환 0;
}

? 출력 예제 (멀티 코어 머신)

 잘못된 공유 : 850ms
허위 공유없이 : 220ms

의사 공유를 피한 후 성능 향상이 상당하다는 것을 알 수 있습니다 (약 4 회) .

? 허위 공유를 피하는 방법?

• padding : 각 스레드가 변수에 액세스 할 수 있는지 확인하십시오 (일반적으로 64 바이트).
• alignas(64) : 구조 또는 변수에 대한 힘 정렬.
• heach 스레드는 로컬 변수를 사용하고 마지막으로 병합됩니다 . 공유 변수 액세스를 줄입니다.
• 표준 라이브러리가 제공하는 정렬 도구 (예 : C 11의 alignas 및 std::hardware_destructive_interference_size )

? C 17은 권장 상수 두 가지를 소개합니다.

• std::hardware_destructive_interference_size : 의사 공유를 피하기위한 최소 간격 (일반적으로 캐시 라인 크기)
• std::hardware_constructive_interference_size : 공유의 권장 크기

예제 (C 17) :

 struct alignas (std :: hardware_destructive_interference_size) 카운터 {
    휘발성 긴 값 = 0;
};

? 요약

• 허위 공유는 무해한 것처럼 보이지만 실제로는 다중 스레드 프로그램을 심각하게 느리게 만듭니다.
• 여러 스레드가 자주 "논리적으로 독립적이지만 물리적으로 가까운"변수를 자주 작성할 때 쉽게 트리거 할 수 있습니다.
• 해결 방법 : 변수가 동일한 캐시 라인에 있지 않도록 메모리 패딩 정렬 .
• 이 문제는 성능에 민감한 병렬 프로그램 (예 : 고주파 계산, 동시 통계)에주의를 기울여야합니다.

기본적 으로이 모든 것은 복잡하지 않지만 무시하기 쉽습니다.

위 내용은 c 허위 공유 예의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!