pthread vs openMP之我见

　　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：

#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：

#include<unistd.h>
2 #include<pthread.h>
3 #include<stdio.h>
4 #include<stdlib.h>
5
6  #define SIZE 100
7  #define THREAD_NUM_WORKER 15
8 #define THREAD_NUM_CONSUMER 10
9 #define SLEEP_WORKERS 2
10 #define SLEEP_CONSUMERS 1
11
12 int warehouse[SIZE];
13 int at =-1;
14 int is_end =0;
15 pthread_mutex_t space = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
16 pthread_mutex_t end = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
17
18 void* consumer_func(void*);
19 void* worker_func(void*);
20
21 int main()
22 {
23 pthread_t workers[THREAD_NUM_WORKER];
24 pthread_t consumers[THREAD_NUM_CONSUMER];
25 int i,j;
26 int n;
27 for(i=0;i<THREAD_NUM_WORKER;i++)
28 pthread_create(&workers[i],NULL,worker_func,NULL);
29 for(j=0;j<THREAD_NUM_CONSUMER;j++)
30 pthread_create(&consumers[j],NULL,consumer_func,NULL);
31 while(is_end==0)
32 {
33 scanf("%d",&n);
34 if(n==0)
35 {
36 pthread_mutex_lock(&end);
37 is_end=1;
38 pthread_mutex_unlock(&end);
39 }
40 }
41 for(i=0;i<THREAD_NUM_WORKER;i++)
42 pthread_join(workers[i],NULL);
43 for(j=0;j<THREAD_NUM_CONSUMER;j++)
44 pthread_join(consumers[j],NULL);
45 return 0;
46 }
47
48 void* worker_func(void* var)
49 {
50 while(1)
51 {
52 if(is_end)
53 break;
54 //保护at变量
55 pthread_mutex_lock(&space);
56 if(SIZE-at-1>0)
57 {
58 printf("Make %d by worker %lld ",warehouse[++at]=rand(),pthread_self());
59 printf("and at is %d\n",at);
60 }
61 pthread_mutex_unlock(&space);
62 sleep(SLEEP_WORKERS);
63 }
64 return NULL;
65 }
66
67
68 void* consumer_func(void* var)
69 {
70 while(1)
71 {
72 if(is_end)
73 break;
74 pthread_mutex_lock(&space);
75 if(at>=0)
76 {
77 printf("Got %d by consumer %lld\n",warehouse[at--],pthread_self());
78 printf("and at is %d\n",at);
79 }
80 pthread_mutex_unlock(&space);
81 sleep(SLEEP_CONSUMERS);
82 }
83 return NULL;
84 }
85
86
87
88

openMP版：

#include<unistd.h>
2 #include<stdio.h>
3 #include<stdlib.h>
4 #include<omp.h>
5
6
7 #define SIZE 100
8 #define THREAD_NUM_WORKER 15
9 #define THREAD_NUM_CONSUMER 10
10 #define SLEEP_WORKERS 2
11 #define SLEEP_CONSUMERS 1
12
13 int warehouse[SIZE];
14 int at =-1;
15 int is_end =0;
16
17 void start_workers()
18 {
19 omp_set_num_threads(THREAD_NUM_WORKER);
20 #pragma omp parallel default(shared)
21 {
22 if(omp_get_thread_num()==0)
23 printf("worker num is %d\n",omp_get_num_threads());
24 while(1)
25 {
26 if(is_end)
27 break;
28 //保护at变量
29 #pragma omp critical(space)
30 {
31 if(SIZE-at-1>0)
32 {
33 printf("Make %d by worker %d ",warehouse[++at]=rand(),omp_get_thread_num());
34 printf("and at is %d\n",at);
35 }
36 }
37 sleep(SLEEP_WORKERS);
38 }
39 }
40 }
41
42
43 void start_consumers(void)
44 {
45 omp_set_num_threads(THREAD_NUM_CONSUMER);
46 #pragma omp parallel default(shared)
47 {
48 if(omp_get_thread_num()==0)
49 printf("consumer num is %d\n",omp_get_num_threads());
50 while(1)
51 {
52 if(is_end)
53 break;
54 #pragma omp critical(space)
55 {
56 if(at>=0)
57 {
58 printf("Got %d by consumer %d\n",warehouse[at--],omp_get_thread_num());
59 printf("and at is %d\n",at);
60 }
61 }
62 sleep(SLEEP_CONSUMERS);
63 }
64 }
65 }
66
67 int main()
68 {
69 omp_set_dynamic(0);
70 omp_set_nested(1);//这个不设置的话，就不能嵌套fork子线程咯
71 //先设置3个线程，每个线程完成一个section
72 omp_set_num_threads(3);
73 #pragma omp parallel sections
74 {
75 #pragma omp section
76 {
77 start_workers();
78 }
79 #pragma omp section
80 {
81 start_consumers();
82 }
83 #pragma omp section
84 {
85 int in;
86 scanf("%d",&in);
87 if(!in)
88 {
89 //保护is_end
90 #pragma omg critical(end)
91 is_end =1;
92 }
93 }
94 }
95 return 0;
96 }
97
98
99

　　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！