c++ - 为什么 4 个进程比 4 个线程好？

Question

void task1(void* arg) {
    static volatile long res = 1;
    for (long i = 0; i < 100000000; ++i) {
        res ^= (i + 1) * 3 >> 2;
    }
}

4 个线程，同时工作，在 30 秒内执行 task1 193 次。但是 4 个进程，同时工作，在 30 秒内执行 task1 348 次。为什么会有这么大的差异？ 我在 [Mac OS X 10.7.5，Intel Core i5(4 个逻辑内核)] 上对其进行了测试。想一想，Windows 和 Linux 中的相同差异。

Answer 1

res 变量是static，这意味着它由同一进程中的所有线程共享。这意味着在有四个线程的情况下，一个线程中 res 变量的每次修改都必须可供其他线程使用，这通常涉及总线上的某种锁定、 1 级缓存并在所有其他 CPU 中重新加载。

在四个进程的情况下，变量并没有真正被不同的进程共享，所以它们可以真正地并行运行，互不干扰。

请注意，主要区别不在于线程/进程，而在于在一种情况下每个人都访问同一个变量，而在另一种情况下他们访问不同的变量。此外，对于线程，真正的问题不是性能，而是最终结果可能不正确的事实:

res ^= x;

那不是原子操作，处理器会加载res的旧值，然后在寄存器中修改它并写回。如果没有同步原语，多个线程可以加载相同的值，独立修改它并写回变量，在这种情况下，一些线程的工作将被其他线程覆盖。最终结果将取决于不同线程的执行模式，而不是您的程序代码。

要模拟变量的非共享，您需要确保在线程中访问不同的缓存行。最简单的更改是从变量中删除 static 限定符，这样每个线程都会更新它自己的堆栈中的变量，该变量与其他线程的变量位于不同的内存地址中，并且希望映射到不同的缓存行。另一种选择是一起创建四个变量，但在它们之间添加足够的填充，以便它们分布到不同的缓存行:

struct padded_long {
    volatile unsigned long res;
    char [CACHE_LINE_SIZE - sizeof(long)]; // Find this in your processor documentation
};
void f(void *) {
   static padded_long res[4];
   // detect which thread is running based on the argument and use res[0]..res[3]
   // for the different threads