在 C++ 中使用 OpenMP 进行无竞争条件打印

Question

我正在尝试使用 OpenMP 来加速我的代码，但问题是我需要打印东西而且我不知道如何在没有竞争条件的情况下打印它们。

我的代码看起来像这样：

int some_comp(int n){
  /* some computation */
}

int main(){
  cin >> n;
  #pragma omp parallel for
  for(int i=0; i<=n; i++){
    cout << some_comp(i) << endl;
  }
}

很容易看到（并且非常明显）在打印结果的行中有一个竞争条件，并且每次运行都不同。

我想要做的是摆脱竞争条件并以某种方式连续打印所有内容，因为如果我没有使用 OpenMP，它应该已经打印出来。

我想过使用某种向量或列表或其他一些数据结构并将所有结果保存在那里，但问题是 n<=2^64 所以向量/列表/其他东西需要太多的 memory。

任何想法将不胜感激。

Answer 1

如果要实现与串行情况相同的 output，这意味着 output 中的行的顺序很重要，您可以使用 OpenMP 的ordered功能：

#pragma omp parallel for schedule(static,1) ordered
for(int i=0; i<=n; i++){
  int result = some_comp(i);
  #pragma omp ordered
  cout << result << endl;
}

这假设some_comp(i)与同步有序执行所花费的时间相比需要相对较长的计算时间。 你可以在这里阅读更多关于它是如何工作的。

如果some_comp(i)与 I/O 相当或更快，那么将数据存储在缓冲区中并在之后按顺序打印它是有意义的：

std::vector<int> results(n);

#pragma omp parallel for
for (int i=0; i<=n; i++){
  results[i] = some_comp(i);
}

for (auto res : results){
  cout << res << endl;
}

如果n很大并且您没有那么多空间来存储大量结果值向量，只需将迭代空间分成块：

const int chunk_size = 1000;
std::vector<int> results(chunk_size);

for (int chunk = 0; chunk < (n+1 + chunk_size) / chunk_size; chunk++) {
  const int chunk_start = chunk * chunk_size;
  const int i_max = std::min(n+1 - chunk_start, chunk_size);

  #pragma omp parallel for
  for (int i = 0; i < i_max; i++){
    results[i] = some_comp(chunk_start + i);
  }

  for (int i = 0; i < i_max; i++){
    cout << results[i] << endl;
  }
}

我希望我所有的数学都是正确的，并且当chunk_size除以n+1和不除时，这都应该有效。

也可以将所有代码放在一个并行区域中，以防止多个并行区域的开销，并为顺序部分使用single构造，但如果您选择适当的块大小，不会有太多执行时间的差异，并且代码像现在一样更具可读性。