不完整的多线程 RayTracer 花费的时间是预期的两倍

Question

我正在制作一个 MT Ray-Tracer 多线程，正如标题所说，它的执行时间是单线程版本的两倍。显然目的是将渲染时间减少一半，但我现在所做的只是发送光线追踪方法运行两次，每个线程一次，基本上执行两次相同的渲染。尽管如此，由于线程可以并行运行，因此执行时间不会显着增加。但是大约是翻倍。

这必须与我的多线程设置有关。我认为这与我将它们创建为可连接的事实有关。因此，我将解释我在做什么，并放上相关代码，看看是否有人可以确认是否是问题所在。

我创建了两个线程并将它们设置为可连接的。创建一个 RayTracer，它分配足够的内存来存储图像像素（这在构造函数中完成）。运行两次迭代循环以发送每个线程的相关信息，例如线程 ID 和 Raytracer 实例的地址。

然后pthread_create调用run_thread，其目的是调用ray_tracer:draw方法完成工作。关于draw方法，我有一个

 pthread_exit (NULL); 

作为它上面的最后一件事（上面唯一的 MT 东西）。然后再做一个循环来加入线程。最后，我开始在一个小循环中写入文件。最后关闭文件，删除draw方法中用于存储图像的数组相关的指针。

我现在可能不需要使用加入，因为我不是在做一个“真正的”多线程光线追踪器，只是渲染它两次，但是一旦我开始在图像像素之间交替（即 thread0 -> 渲染 pixel0 - thread0 -> 存储 pixel0, thread1 -> 渲染 pixel1 - thread1 -> 存储 pixel1, thread0 -> 渲染 pixel2 - thread0 -> 存储 pixel2, , thread1 -> 渲染 pixel3 - thread1 -> 存储 pixel3 等...）我认为我需要它以便能够在文件上以正确的顺序写入像素。

正确吗？我真的需要在这里使用我的方法（或任何其他方法吗？）。如果我这样做，我怎样才能发送线程并发运行，而不是等待另一个完成？问题是否与加入完全无关？

pthread_t threads [2];
thread_data td_array [2];
pthread_attr_t attr;
void *status;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
TGAManager tgaManager ("z.tga",true);
if (tgaManager.isFileOpen()) {
   tgaManager.writeHeadersData (image);
   RayTracer rt (image.getHeight() * image.getWidth());
   int rc;
   for (int i=0; i<2; i++) {
      //cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
      td_array[i].thread_id=i;
      td_array[i].rt_ptr = &rt;
      td_array[i].img_ptr = &image;
      td_array[i].scene_ptr = &scene;
      //cout << "td_array.thread_index: " << td_array[i].thread_id << endl;
      rc = pthread_create (&threads[i], NULL, RayTracer::run_thread, &td_array[i]);
  }
   if (rc) {
      cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
      exit(-1);
   }
   pthread_attr_destroy(&attr);
   for (int i=0; i<2; i++ ) {
      rc = pthread_join(threads[i], &status);
      if (rc) {
         cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
         exit(-1);
      }
   }
//tgaManager.writeImage (rt,image.getSize());

  for (int i=0; i<image.getWidth() * image.getHeight(); i++) {
    cout << i << endl;
    tgaManager.file_writer.put (rt.b[i]);
    tgaManager.file_writer.put (rt.c[i]);
    tgaManager.file_writer.put (rt.d[i]);
  }
tgaManager.closeFile(1);
rt.deleteImgPtr (); 
}

Answer 1

你确实想加入（）线程，因为如果你不这样做，你有几个问题：

1. 您如何知道线程何时完成执行？您不想开始写出结果图像，却发现在写出它的那一刻它还没有完全计算出来。

2. 您如何知道何时可以安全地拆除线程可能正在访问的任何数据结构？例如，您的 RayTracer 对象在堆栈上，并且 (AFAICT) 您的线程正在写入其像素数组。如果您的 main 函数在线程退出之前返回，则很有可能线程有时最终会写入不再存在的 RayTracer 对象，这将通过覆盖可能存在的任何其他对象来破坏堆栈（碰巧）在您的函数返回后的相同位置。

所以你肯定需要 join() 你的线程；不过，您不需要将它们显式声明为 PTHREAD_CREATE_JOINABLE，因为无论如何该属性已经默认设置。

加入线程不应该导致线程变慢，只要两个线程都被创建并运行之前你对它们中的任何一个调用 join() （这似乎是你的情况贴出代码）。

至于为什么您会看到两个线程的速度变慢，这很难说，因为速度变慢可能来自多个地方。一些可能性：

1. 您的光线追踪代码中的某些内容锁定了一个互斥体，因此对于大部分光线追踪运行，无论如何一次只允许两个线程中的一个执行。

   李>

2. 两个线程几乎同时写入相同的内存位置，这会导致缓存争用，从而减慢两个线程的执行速度。

我的建议是设置你的线程，使线程#1 只呈现图像的上半部分，线程#2 只呈现图像的下半部分；这样，当他们写入输出时，他们将写入内存的不同部分。

如果这没有帮助，您可以暂时将渲染代码替换为更简单的代码（例如，将像素设置为随机值的“渲染器”），看看您是否可以看到这样的加速。如果是这样，那么您的 RayTracer 的实现中可能存在一些对多线程不友好的东西。