使用 OpenMP 原子操作进行获取和添加

Question

我正在使用 OpenMP，需要使用 fetch-and-add 操作。但是，OpenMP 没有提供适当的指令/调用。我想保持最大的可移植性，因此我不想依赖编译器内在函数。

相反，我正在寻找一种方法来利用 OpenMP 的原子操作来实现这一点，但我遇到了死胡同。这甚至可以做到吗？注意，以下代码几乎可以满足我的要求：

#pragma omp atomic
x += a

几乎——但不完全是，因为我真的需要x 的旧值。 fetch_and_add 应定义为产生与以下相同的结果（仅非锁定）：

template <typename T>
T fetch_and_add(volatile T& value, T increment) {
    T old;
    #pragma omp critical
    {
        old = value;
        value += increment;
    }
    return old;
}

（如果我没记错的话，可以询问比较和交换的等效问题，但可以根据另一个问题来实现。）

Answer 1

从 openmp 3.1 开始支持捕获原子更新，您可以捕获旧值或新值。因为无论如何我们都必须从内存中取值来递增它，所以我们应该能够从一个 CPU 寄存器访问它并将其放入线程私有变量中才有意义。

如果您使用 gcc（或 g++），有一个很好的解决方法，请查找 atomic builtins： http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.1.2/gcc/Atomic-Builtins.html

它认为英特尔的 C/C++ 编译器也支持这个，但我没有尝试过。

目前（直到实现 openmp 3.1），我在 C++ 中使用了内联包装函数，您可以在其中选择在编译时使用哪个版本：

template <class T>
inline T my_fetch_add(T *ptr, T val) {
  #ifdef GCC_EXTENSION
  return __sync_fetch_and_add(ptr, val);
  #endif
  #ifdef OPENMP_3_1
  T t;
  #pragma omp atomic capture
  { t = *ptr; *ptr += val; }
  return t;
  #endif
}

更新：我刚刚尝试了 Intel 的 C++ 编译器，它目前支持 openmp 3.1（实现了原子捕获）。英特尔提供在 linux 中免费使用其编译器用于非商业目的：

http://software.intel.com/en-us/articles/non-commercial-software-download/

GCC 4.7 将支持 openmp 3.1，当它最终发布时......希望很快 :)

Answer 2

如果要获取 x 的旧值且 a 不变，请使用 (x-a) 作为旧值：

fetch_and_add(int *x, int a) {
 #pragma omp atomic
 *x += a;

 return (*x-a);
}

更新：这不是一个真正的答案，因为 x 可以在原子之后被另一个线程修改。 因此，使用 OMP Pragmas 制作通用的“获取和添加”似乎是不可能的。作为通用，我的意思是操作，可以在任何地方的 OMP 代码中轻松使用。

您可以使用omp_*_lock 函数来模拟原子：

typedef struct { omp_lock_t 锁； int 值;} atomic_simulated_t;

fetch_and_add(atomic_simulated_t *x, int a)
{
  int ret;
  omp_set_lock(x->lock);
  x->value +=a;
  ret = x->value;
  omp_unset_lock(x->lock);
}

这既丑陋又慢（执行 2 个原子操作而不是 1 个）。但是，如果您希望您的代码非常可移植，那么在所有情况下它都不是最快的。

您说“如下（仅非锁定）”。但是“非锁定”操作（使用 CPU 的“LOCK”前缀，或 LL/SC 等）和锁定操作（通过几个原子指令自行实现，忙循环用于短暂等待解锁和操作系统睡眠）有什么区别？等待很长时间）？