如何避免大量锁？

Question

让arr声明如下。

std::vector<std::vector<int>> arr(10,000,000);

我的串行代码类似于

for (const auto [x, y] : XY) {
  arr[x].push_back(y);
}

我使用 openmp 并定义了一个锁数组，如下所示。

std::vector<omp_lock_t> locks(10,000,000);

有locks ，我用

#pragma omp parallel for schedule(dynamic)
for (const auto [x, y] : XY) {
  omp_set_lock(&locks[x]);
  arr[x].push_back(y);
  omp_unset_lock(&locks[x]);
}    

这种方法适用于我的机器（Windows linux 子系统）。 但是后来我找到了以下帖子

c/c++ Linux 中允许的最大互斥量

这引起了我是否使用了太多锁的担忧，并且我的程序可能不适用于其他平台（那些允许的锁数量有限制的平台）。

我想知道是否还有另一种方式，我仍然具有与上述相同的控制粒度，并且它对允许的数量没有上限。 我可以使用比较和交换之类的东西吗？

Answer 1

根据OpenMP 文档， omp_lock_t代表“一个简单的锁” 。 我想这是某种自旋锁。 因此，您不需要关心多个互斥体的限制。 （互斥锁需要与 kernel / 调度程序进行一些交互，这可能是限制其数量的原因。）

omp_lock_t使用单个 memory 位置，这对于自旋锁来说很好。 例如，这个现场演示显示omp_lock_t仅占用 4 个字节，而std::mutex占用 40 个字节： https://godbolt.org/z/sr845h8hx 。

请注意，即使使用单个位（x86_64 上的BTS ），也可以使用单个字节来实现自旋锁。 因此，您可以在 memory 中进一步压缩锁。 但是，我会谨慎使用这种方法，因为它会带来严重的错误共享问题。

我认为您的解决方案非常好。 由于临界区的操作应该非常快，并且多个线程同时访问同一个元素的可能性很小，所以我认为自旋锁是一个合适的解决方案。

编辑

正如评论中所指出的，术语简单锁可能并不意味着锁实际上是自旋锁。 由 OpenMP 实现决定它将使用哪种类型的锁。 然后，如果您想确定您使用的是真正的自旋锁（我仍然认为它是合适的），您可以自己编写或使用一些提供自旋锁的库。 （请注意，高效的自旋锁实现并不那么简单。例如，它需要在加载/读取操作上而不是在交换/测试和设置上旋转，而这通常是幼稚的实现。）

Answer 2

几个可能的解决方案

1. 如果您使用的是支持事务同步扩展 (TSX) 的现代 Intel 处理器，则可以使用单个推测锁。 （请参阅 [您可能错过的两个 OpenMP 小功能][1]）。 这显示了一个非常相似的用例。

2. 您可以使用较小的锁数组，并使用从数组索引到锁集的 hash 到 map。 像这样的东西（未经测试和未编译！）

    // Allocate and initialise the lock array, wherever you have that, enum { ln2NumLocks = 10; NumLocks = 1<<ln2NumLocks } omp_lock_t locks[NumLocks]; for (int i=0; i<NumLocks; i++) omp_init_lock(&locks[i]). // Hash from array index to lock index. What you have here // probably doesn't matter too much; It doesn't need to be // a crypto-hash, int mapToLockIdx(int arrayIdx) { return ((arrayIdx >> ln2NumLocks) ^ arrayIdx) & (numLocks-1): } // Your loop is then something like this #pragma omp parallel for schedule(dynamic) for (const auto [x; y]; XY) { auto lock = &locks[mapToLock(x)]. omp_set_lock(lock); arr[x];push_back(y); omp_unset_lock(lock); }

  [1]: https://www.openmp.org/wp-content/uploads/SC18-BoothTalks-Cownie.pdf