如何计算 pthread 矩阵乘法程序的运行时间？

Question

我创建了一个矩阵乘法程序，一个是串行的，一个是使用 pthreads 的。我需要比较他们的运行时间。我的序列代码需要大约 16 秒来计算 1000x1000 矩阵乘法，我用秒表检查了它，它应该是正确的。另一方面，当我运行我的 pthreads 矩阵乘法程序时，我会在 22-23 秒左右打印结果，但结果打印在终端上的速度要快得多。我还用秒表检查了输出运行时间所需的时间，大约是 6 秒，但它打印出大约需要 23 秒。我想还有其他方法可以检查 pthread 程序的运行时间。您可以在下面找到我的 pthreads 代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <assert.h>

int SIZE, NTHREADS;
int **A, **B, **C;

void init()
{
    int i, j;

    A = (int**)malloc(SIZE * sizeof(int *));
    for(i = 0; i < SIZE; i++)
        A[i] = malloc(SIZE * sizeof(int));

    B = (int**)malloc(SIZE * sizeof(int *));
    for(i = 0; i < SIZE; i++)
        B[i] = malloc(SIZE * sizeof(int));

    C = (int**)malloc(SIZE * sizeof(int *));
    for(i = 0; i < SIZE; i++)
        C[i] = malloc(SIZE * sizeof(int));

    srand(time(NULL));

    for(i = 0; i < SIZE; i++) {
        for(j = 0; j < SIZE; j++) {
            A[i][j] = rand()%100;
            B[i][j] = rand()%100;
        }
    }
}

void mm(int tid)
{
    int i, j, k;
    int start = tid * SIZE/NTHREADS;
    int end = (tid+1) * (SIZE/NTHREADS) - 1;

    for(i = start; i <= end; i++) {
        for(j = 0; j < SIZE; j++) {
            C[i][j] = 0;
            for(k = 0; k < SIZE; k++) {
                C[i][j] += A[i][k] * B[k][j];
            }
        }
    }
}

void *worker(void *arg)
{
    int tid = (int)arg;
    mm(tid);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t* threads;
    int rc, i;

    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s <size_of_square_matrix> <number_of_threads>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    SIZE = atoi(argv[1]);
    NTHREADS = atoi(argv[2]);
    init();
    threads = (pthread_t*)malloc(NTHREADS * sizeof(pthread_t));

    clock_t begin, end;
    double time_spent;


    begin = clock();

    for(i = 0; i < NTHREADS; i++) {
        rc = pthread_create(&threads[i], NULL, worker, (void *)i);
        assert(rc == 0);
    }

    for(i = 0; i < NTHREADS; i++) {
        rc = pthread_join(threads[i], NULL);
        assert(rc == 0);
    } 

    end = clock();

    time_spent = (double)(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC;
    printf("Elapsed time: %.2lf seconds.\n", time_spent);

    for(i = 0; i < SIZE; i++)
        free((void *)A[i]);
    free((void *)A);

    for(i = 0; i < SIZE; i++)
        free((void *)B[i]);
    free((void *)B);

    for(i = 0; i < SIZE; i++)
        free((void *)C[i]);
    free((void *)C);

    free(threads);

    return 0;
}

Answer 1

我知道的最简单的方法是使用 OpenMP。与 -fopenmp 链接

#include <omp.h>

int main() {
    double dtime = omp_get_wtime(); //value in seconds
    //run some code
    dtime = omp_get_wtime() - dtime;

}

请注意，16 秒的 1000x1000 矩阵乘法非常慢。我的代码在 4.3 GHz 的 i7-2600k 上在 0.03 秒内完成了 1056x1056，甚至还不到最大理论速度的 30%。

Answer 2

这是获取已用 CPU 时间的方法，但不是获取已用挂钟时间的方法。为此，您将希望使用time（只有第二个粒度）或clock_gettime 和CLOCK_MONOTONIC 选项，这是首选。为此，您需要链接到 POSIX 实时扩展 (-lrt)。

struct timespec begin, end;
double elapsed;

clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &begin);

// spawn threads to do work here

clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);

elapsed = end.tv_sec - begin.tv_sec;
elapsed += (end.tv_nsec - begin.tv_nsec) / 1000000000.0;

在您的示例中，我猜您使用了大约 4 个线程？然后，CPU 时间将是（CPU 1 中使用的时间 + CPU 2 中使用的时间 + CPU 3 中使用的时间 + CPU 4 中使用的时间），这应该是绝对时间的大约 4 倍（6 秒对 23 秒）。