大連東軟信息學(xué)院-多核多線程-試驗一

1、項目一 ： Windows*Threads 多線程編程模塊一：基礎(chǔ)模塊4 編譯執(zhí)行， 輸出結(jié)果：簡答與思考：1 寫出修改后的 HelloThreads 的代碼。/ HelloThreads.cpp :定?義?控?制?臺?應(yīng)?| 用?程?序的?入?口2點?。?#include stdafx.h#include const int numThreads = 4;DWORD WINAPI helloFunc(LPVOID arg) int myNum=*( int *)arg);printf( Hello Thread!Thread %d n ,myNum); return 0;int main(

2、int argc,_TCHAR* argv)HANDLE hThreadnumThreads; int tNumnumThreads;for ( int i = 0; i numThreads; i+) tNumi=i;hThreadi =CreateThread(NULL, 0, helloFunc, &tNumi, 0, NULL );WaitForMultipleObjects(numThreads, hThread, TRUE, INFINITE); return 0;2 項目總結(jié)。在主線程中循環(huán)調(diào)用 CreateThread （）函數(shù)生成四個子線程分別去執(zhí)行 helloFunc （）

3、函數(shù)，并將線程的句柄保存在 hThread 數(shù)組中， CreateThread（） 的第四個參數(shù)給每 個線程傳遞參數(shù) tNum 獲取該線程號，由 helloFunc （）的參數(shù)接收并指向內(nèi)容。由于 主線程為每個子線程傳遞了不同的參數(shù)， 所以通過子線程的執(zhí)行結(jié)果可以判斷出四個線 程的執(zhí)行順序。 這個實驗要我們初步認識了程序的并行化設(shè)計思想， 為以后的并行化程序設(shè)計打下了基礎(chǔ)。3 模塊二：臨界區(qū)模塊編譯執(zhí)行，編譯執(zhí)行，記錄結(jié)果：記錄結(jié)果：7 加速比： 1. ， 并行效率： 0.47625988簡答與思考：1 如何進行并行化的？請寫出并行化的思路與具體的代碼。 答：在程序中創(chuàng)建兩個子線程，另主線程等

4、待所有的子線程執(zhí)行結(jié)束后退出。 代碼：#include stdafx.h#include #include static long num_steps=1000000000;const int gNumThreads=2;double step=0.0,pi=0.0,sum=0.0;CRITICAL_SECTION gCS;DWORD WINAPI threadFunction(LPVOID pArg)int myNum=*( int *)pArg); double sum1=0.0,x;for ( int i=myNum; i num_steps; i+=gNumThreads) x = (

5、i+0.5)*step;sum1 = sum1 + 4.0/(1.0 + x*x);EnterCriticalSection(&gCS);sum+=sum1;LeaveCriticalSection(&gCS);return 0;int main( int argc,_TCHAR* argv) clock_t start, stop;start = clock();HANDLE threadHandlesgNumThreads; int tNumgNumThreads;InitializeCriticalSection(&gCS);step = 1.0/(double ) num_steps;

6、for ( int i=0;igNumThreads;+i)tNumi=i; threadHandlesi=CreateThread(NULL,0,threadFunction,&tNumi,0,NULL);WaitForMultipleObjects(gNumThreads,threadHandles,TRUE,INFINITE);DeleteCriticalSection(&gCS);pi = step * sum;stop = clock();printf(Pi = %12.12fn ,pi);printf(The time of calculation was %f secondsn,

7、( double )(stop - start)/1000.0);return 0;4 在本模塊中，哪些變量是需要保護的？為什么？采取什么方法實現(xiàn)的？答：1)臨界資源是需要保護的，也就是 sum 變量，這里將對 sum 的更新操作定義為臨 界區(qū)操作2)在多線程程序中，對于在子線程執(zhí)行的代碼中出現(xiàn)的被更新的全局變量要多加考慮，因 為具有這種特點的變量，很有可能會引起數(shù)據(jù)沖突，如果處理不好會使程序產(chǎn)生功能性錯誤3)EnterCriticalSection(&gCS);sum+=sum1;LeaveCriticalSection(&gCS);在創(chuàng)建子線程前調(diào)用 InitializeCriticalS

8、ection(&gCS); 函數(shù)對臨界區(qū)進行初始化，然 后 調(diào) 用 EnterCriticalSection(&gCS);函 數(shù) 獲 取 臨 界 區(qū) 的 訪 問 權(quán) ， 訪 問 結(jié) 束 后 調(diào) 用LeaveCriticalSection(&gCS);函 數(shù) 釋 放 臨 界 區(qū) 的 訪 問 權(quán) ， 在 退 出 程 序 前 需 要 調(diào) 用DeleteCriticalSection(&gCS); 函數(shù)注銷臨界區(qū)，釋放臨界區(qū)資源。3 是否可以對該并行化方案進行進一步的優(yōu)化？如何優(yōu)化？ 答：可以。更改創(chuàng)建線程的數(shù)目，分別計算出加速比和效率，比較結(jié)果進行取舍。4 項目總結(jié)。 在使用臨界區(qū)時，可以根據(jù)需要，

9、在程序中定義多個臨界區(qū)對象，用來對不同的代碼段進行互斥訪問，這樣做的好處是可以增加程序的并行度。總之，在設(shè)計多線程程序時， 應(yīng)該為每一個需要互斥的共享資源定義一個臨界區(qū)變量。模塊三：事件模塊3 編譯執(zhí)行，記錄結(jié)果：seconds4 閱讀代碼，回答下面問題。(1) 主線程共創(chuàng)建5 個子線程。(2) 各子線程調(diào)用的函數(shù)各是什么？DWORD WINAPI threadProc(LPVOID par)DWORD WINAPI masterThreadProc(LPVOID par)(3) 主線程等待4 個子線程的執(zhí)行結(jié)束。6 改進后的，編譯執(zhí)行，記錄結(jié)果：Result issecondsThe tim

10、e of calculation was簡答與思考：1 在 WINAPI threadProc(LPVOID par) 函數(shù)中為什么用臨界區(qū)互斥了線程對 threadCount 的 訪問？為什么對于全局數(shù)據(jù)變量 sums的訪問沒有互斥？WINAPI threadProc(LPVOID par) 函數(shù)使用多線程執(zhí)行的 threadCount 是記錄線程個 數(shù)的，而它對于 masterThreadProc ()函數(shù)要等待所有線程( threadCount )做完對 sums 的計算，然后再進行最后的四個線程結(jié)構(gòu)的累加，它是這兩個函數(shù)的共享變量，對于它的 操作必須原子化，以保證每次只有一個線程對其自

11、增，所以使用臨界區(qū)互斥了每個線程對 threadCount 的訪問，避免了數(shù)據(jù)沖突的發(fā)生。而對于數(shù)據(jù)變量 sums每一個數(shù)組元素下標(biāo)值是每個子線程獲得的參數(shù)， 該參數(shù)標(biāo)記了各 個子線程， sums數(shù)組分別對應(yīng)每一個線程，從而使每個子線程操作的變量分別保存在對應(yīng) 的數(shù)組元素中，四個線程互不影響，所以并不需要互斥。2 簡述源代碼中存在的問題，詳述提出的改進方案及相關(guān)代碼。源代碼中為使 “master ”子線程等待其余四個子線程執(zhí)行完畢，使用空循環(huán)保持 “ master ”子線程的“等待”狀態(tài)，這顯然不是好的方法；改進方案中使用了事件，事件用于線程間 的執(zhí)行順序以保證對共享資源操作的完整性，本程序中

12、，“ master ”子線程是另外創(chuàng)建的， 它需要另外四個子線程的執(zhí)行結(jié)果，所以需要等待以保證獲得它們的結(jié)果后再進行操作， 使用事件機制，程序中定義四個未激發(fā)的人工重置事件，“master ”子進程在執(zhí)行時以 wait方式等待事件被激發(fā)，由于其余四個子線程在完成任務(wù)后將事件從未激發(fā)設(shè)置為激發(fā)態(tài)， 從而使“ master ”子線程繼續(xù)執(zhí)行余下操作#include stdafx.h#include #include #include #include #define NUMTHREADS 4#define SERIES_MEMBER_COUNT 100000HANDLE *threadHandle

13、s, masterThreadHandle,*eventHandles; CRITICAL_SECTION countCS;double *sums;double x = 1.0, res = 0.0;int threadCount = 0;double getMember( int n, double x)double numerator = 1;for ( int i=0; in; i+ ) numerator = numerator*x;if ( n % 2 = 0 )return ( - numerator / n );elsereturn numerator/n;DWORD WINA

14、PI threadProc(LPVOID par)int threadIndex = *( int *)par); sumsthreadIndex = 0;for ( int i=threadIndex; iSERIES_MEMBER_COUNT;i+=NUMTHREADS) sumsthreadIndex += getMember(i+1, x);SetEvent(eventHandlesthreadIndex);/Signal Master thread that one more processing thread is done /EnterCriticalSection(&count

15、CS);/threadCount+; /LeaveCriticalSection(&countCS);delete par;return 0;DWORD WINAPI masterThreadProc(LPVOID par)for ( int i=0; iNUMTHREADS; i+) ResumeThread(threadHandlesi); / Start computing threads/while (threadCount != NUMTHREADS) / busy wait until all threads are done with computation of partial

16、 sumsWaitForMultipleObjects(NUMTHREADS,eventHandles,TRUE,INFINITE);res = 0;for ( int i=0; iNUMTHREADS; i+)res += sumsi;return 0;int main()clock_t start,stop;threadHandles = new HANDLENUMTHREADS + 1; eventHandles = new HANDLENUMTHREADS +1 ;/InitializeCriticalSection(&countCS);sums = new double NUMTHR

17、EADS; start=clock();for ( int i=0; iNUMTHREADS;i+)int * threadIdPtr =new int ;*threadIdPtr = i;threadHandlesi = CreateThread(NULL, 0, threadProc, threadIdPtr, CREATE_SUSPENDED, NULL);eventHandlesi=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);threadHandlesNUMTHREADS = CreateThread(NULL, 0, masterThreadProc, NUL

18、L, 0, NULL);printf( Count of ln(1 + x) Mercators series members is %dn,SERIES_MEMBER_COUNT);printf( Argument value of x is %fn, ( double )x);WaitForMultipleObjects(NUMTHREADS+1,threadHandles,TRUE,INFINITE); stop=clock();for ( int i=0; iNUMTHREADS+1; i+ ) CloseHandle(threadHandlesi);delete threadHand

19、les;delete eventHandles; /DeleteCriticalSection(&countCS);delete sums;printf( Result is %10.8fn , res);printf( By function call ln(1 + %f) = %10.8fn,x, log(1+x);printf( The time of calculation was %f secondsn,( double )(stop-start)/1000.0);printf( Press any key . );getch();return 0;3 是否可以對該并行化方案進行進一

20、步的優(yōu)化？如何優(yōu)化？ 線程在被創(chuàng)建時就執(zhí)行，不再去喚醒， “master ”只需等待事件被激發(fā)，效率就會有所 提高。4 項目總結(jié)。模塊四：信號量模塊3 這是串行代碼實現(xiàn)，編譯執(zhí)行，記錄結(jié)果。6 編譯執(zhí)行并行版本，多次運行，記錄結(jié)果： 第 1 次執(zhí)行結(jié)果：第 2 次執(zhí)行結(jié)果：第 3 次執(zhí)行結(jié)果：10 修正后項目的輸出結(jié)果為：簡答與思考：1 SemaphoreS 項目與 SemaphoreT 項目執(zhí)行結(jié)果不一致的原因是什么？在多線程中 fd 和 TotalWords ， TotalEventWords ， TotalOddWords 屬于共享變量，在 并發(fā)執(zhí)行的過程中會造成數(shù)據(jù)沖突。 fd 對于每

21、個線程是互斥的，是因為在文件指針往下一 行改變時，不準(zhǔn)許其它線程對該操作有影響，不然就會造成該問題的計數(shù)結(jié)果不正確的現(xiàn) 象；而 TotalWords ， TotalEventWords ，TotalOddWords 這幾個變量，是計算總的字符串 個數(shù)，含有偶數(shù)數(shù)量字符的字符串的個數(shù)及含有奇數(shù)個字符的字符串的個數(shù)，毋庸置疑， 它們也是共享資源，在對他們進行累加時，要注意數(shù)據(jù)沖突。2 如何修改 SemaphoreT 項目源代碼？寫出修改思路和關(guān)鍵代碼。可以采用臨界區(qū)的方法去做，也可以采用信號量。信號量也是一種內(nèi)核對象，它可以 對當(dāng)前的資源計數(shù)，這是與臨界區(qū)最大的不同，當(dāng)資源數(shù)量大于 0 時，等待該

22、信號量的線 程就可以獲得該資源得以繼續(xù)執(zhí)行。改進方案：在代碼中應(yīng)用兩個信號量hSem1， hSem2， hSem1 用于線程對文件指針 fd的互斥， hSem2 用于對全局變量 TotalWords ，TotalEventWords ，TotalOddWords 的互斥， 對于每一個子線程，由于我們的思路是按行計算，然后累加的，對于偶數(shù)數(shù)量字符的字符 串的個數(shù)以及含有奇數(shù)數(shù)量字符串的個數(shù)計算，要注意采取巧妙點的處理辦法。#include stdafx.h#include #include #include FILE *fd;int TotalEvenWords = 0, TotalOddWor

23、ds = 0, TotalWords = 0; HANDLE hSem1,hSem2;const int NUMTHREADS = 4;int GetNextLine(FILE *f, char *Line) if (fgets(Line, 132, f)=NULL)if (feof(f) return EOF; else return 1;int GetWordAndLetterCount( char *Line) int Word_Count = 0,OddWords=0,EvenWords=0, Letter_Count = 0; for ( int i=0;i132;i+)if (Li

24、nei!= )&(Linei!=0)&(Linei!= n ) Letter_Count+;else if (Letter_Count!=0)if (Letter_Count % 2) OddWords+;Word_Count+;Letter_Count = 0; else EvenWords+; Word_Count+; Letter_Count = 0;if (Linei=0) break ; return (Word_Count*10000+OddWords*100+EvenWords);DWORD WINAPI CountWords(LPVOID arg)BOOL bDone = FALSE ;char inLine132;int lCount=0;while (!bDone) WaitForSingleObject(hSem1,INFINITE);/ 進 ?bDone = (GetNextLine(fd, inLine) = EOF);ReleaseSemaphore(hSem1,1,NULL); / 出 ?if