Question

我有以下任务来演示虚假共享并写了一个简单的程序：

#include <sys/times.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h> 
#include <pthread.h> 

long long int tmsBegin1,tmsEnd1,tmsBegin2,tmsEnd2,tmsBegin3,tmsEnd3;

int array[100];

void *heavy_loop(void *param) { 
  int   index = *((int*)param);
  int   i;
  for (i = 0; i < 100000000; i++)
    array[index]+=3;
} 

int main(int argc, char *argv[]) { 
  int       first_elem  = 0;
  int       bad_elem    = 1;
  int       good_elem   = 32;
  long long time1;
  long long time2;
  long long time3;
  pthread_t     thread_1;
  pthread_t     thread_2;

  tmsBegin3 = clock();
  heavy_loop((void*)&first_elem);
  heavy_loop((void*)&bad_elem);
  tmsEnd3 = clock();

  tmsBegin1 = clock();
  pthread_create(&thread_1, NULL, heavy_loop, (void*)&first_elem);
  pthread_create(&thread_2, NULL, heavy_loop, (void*)&bad_elem);
  pthread_join(thread_1, NULL);
  pthread_join(thread_2, NULL);
  tmsEnd1 = clock(); 

  tmsBegin2 = clock();
  pthread_create(&thread_1, NULL, heavy_loop, (void*)&first_elem);
  pthread_create(&thread_2, NULL, heavy_loop, (void*)&good_elem);
  pthread_join(thread_1, NULL);
  pthread_join(thread_2, NULL);
  tmsEnd2 = clock();

  printf("%d %d %d\n", array[first_elem],array[bad_elem],array[good_elem]);
  time1 = (tmsEnd1-tmsBegin1)*1000/CLOCKS_PER_SEC;
  time2 = (tmsEnd2-tmsBegin2)*1000/CLOCKS_PER_SEC;
  time3 = (tmsEnd3-tmsBegin3)*1000/CLOCKS_PER_SEC;
  printf("%lld ms\n", time1);
  printf("%lld ms\n", time2);
  printf("%lld ms\n", time3);

  return 0; 
}

当我看到结果时（我在i5-430M处理器上运行它），我感到非常惊讶。

虚假分享，是1020毫秒。
没有虚假共享，它是710毫秒，只有30％快，而不是300％（在某些网站上写的它会比300-400％更快）。
不使用pthreads，它是580毫秒。

请告诉我我的错误或解释原因。

Answer 1

虚假共享是多个内核的结果，其中单独的缓存访问相同的物理内存区域（尽管不是相同的地址 - 这将是真正的共享）。

要了解错误共享，您需要了解缓存。在大多数处理器中，每个核心都有自己的L1缓存，它保存最近访问的数据。高速缓存以“行”组织，这些行是对齐的数据块，通常为32或64字节长度（取决于您的处理器）。当您从不在高速缓存中的地址读取时，整行将从主存储器（或L2高速缓存）读入L1。当您写入缓存中的地址时，包含该地址的行标记为“脏”。

这是共享方面的用武之地。如果多个核心从同一行读取，则每个核心都可以在L1中拥有该行的副本。但是，如果副本标记为脏，则会使其他高速缓存中的行无效。如果没有发生这种情况，那么在一个核心上进行的写入可能在很久以后才会被其他核心看到。因此，下次另一个核心从该行读取时，缓存未命中，并且必须再次获取该行。

当核心正在读取和写入同一行上的不同地址时，会发生

错误共享。即使他们不共享数据，缓存也会像他们一样，因为它们非常接近。

此效果在很大程度上取决于处理器的体系结构。如果你有一个核心处理器，你根本看不到效果，因为没有共享。如果您的缓存行更长，您会在“坏”和“好”情况下看到效果，因为它们仍然靠近在一起。如果您的内核没有共享L2缓存（我猜他们会这样做），您可能会看到300-400％的差异，因为他们必须在缓存未命中时一直到主内存。

您可能还想知道每个线程都在读取和写入（+ =而不是=）是很重要的。某些处理器具有直写高速缓存，这意味着如果核心写入不在高速缓存中的地址，则它不会错过并从内存中获取该行。将此与回写缓存进行对比，这些缓存确实会错过写入。

Answer 2

我在谷歌中搜索了关于clock（）函数的信息。它给出了从开始到结束所经过的CPU时钟数。现在，当你运行两个并行线程时，CPU周期数将是（CPU1的时钟周期+时钟周期） of cpu2）。我想你想要的是一个真正的计时器时钟。为此你使用clock_gettime（），你将获得预期的输出。

我使用clock_gettime（）运行你的代码。我得到了这个：

虚假共享874.587381 ms

没有错误分享331.844278 ms

顺序计算604.160276 ms

虚假分享和pthreads

2 个答案: