多核编程与并行计算
重庆邮电大学
多核编程与并行计算
实验报告
姓名：
多核编程与并行计算
一 实验目的和要求
用求函数4/(1+x2)在区间[0，1]的定积分的方法来计算pi的值。建立4个线程，依次计算区间[0，0.25]，[0.25，0.5]，[0.5，0.75]，[0.75，1]的积分。分别存储每个线程的返回值，待全部线程计算完毕后，将所有线程的返回值相加即为pi的值。
二 实验内容
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#define N 10000000 //每一区间分成的块数
#define THREAD_NUMBER 4 //线程数目
double d = 1.0/(N*THREAD_NUMBER); //一小块的宽度
double temp[THREAD_NUMBER]; //用来存储每一线程的返回值
void *thread(void *arg)
{
int *start = (int *)arg;//起始点依次为0/THREAD_NUMBER，
1/THREAD_NUMBER....THREAD_NUMBER-1/THREAD_NUMBER
for(double i=(double)*start/THREAD_NUMBER; i<(double)*start/THREAD_NUMBER+1.0/THREAD_NUMBER; i=i+d)
temp[*start]=temp[*start]+4.0*d/(1+i*i);
return (void *)&temp[*start];
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int ret_val;
double *retval_pi[THREAD_NUMBER];
int arg[THREAD_NUMBER];
double pi=0;
pthread_t pt[THREAD_NUMBER];
//创建线程
for(int i=0;i<THREAD_NUMBER;i++)
{
arg[i]=i;
ret_val = pthread_create(&pt[i], NULL, thread, (void *)&arg[i]);
if (ret_val != 0 ) {
printf("pthread_create error!\n");
exit(1);
}
}
多核编程与并行计算
//等待每个线程计算完毕
printf("Begin to wait for threads...\n");
for(int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
ret_val = pthread_join(pt[i], (void *)&retval_pi[i]);
pi=pi+*retval_pi[i]; //将每个线程的返回值累加
if (ret_val != 0) {
printf("pthread_join error!\n");
exit(1);
} else {
printf("Thread %d return value is %0.15f\n", i,*retval_pi[i]);
}
}
printf("The value of Pi is %0.15f\n", pi);//输出pi的值
return 0;
}
三、实验结果
四、程序改进
由于程序1用数组retval_pi[THREAD_NUMBER] 分别存储每个线程的返回值，线程在运行时不相互影响，所以不必考虑互斥的问题。本程序只设置一个全局变量pi，每个线程都对pi进行计算。如果在某一时刻，几个线程同时对pi 进行修改，就有可能出现数据不一致的情况，因此必须考虑线程互斥的问题。程序通过设置信号量的方法来实现线程互斥。建立一个初始值为1的信号量sem，当线程要修改pi的值时调用一次sem_wait(&sem)(若sem>0，则
sem=sem--=0，线程可以执行；若sem=0，则已有线程在修改pi的值，线程陷入等待状态)，修改完毕后再调用sem_post(&sem)(sem++)，从而确保每次只能有一个线程修改pi的值。待线程全部执行完毕后，输出pi的值。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#define N 10000000
#define THREAD_NUMBER 4
多核编程与并行计算
double d = 1.0/(N*THREAD_NUMBER);
double pi=0; //存储pi的值
sem_t sem; //信号量
void *thread(void *arg)
{
int *start = (int *)arg;
sem_wait(&sem); //若sem>0,sem--,线程往下执行;若sem<=0,线程将进入等待状态
for(double i=(double)*start/THREAD_NUMBER; i<(double)*start/THREAD_NUMBER+1.0/THREAD_NUMBER; i=i+d)
{
pi=pi+4.0*d/(1+i*i);
}
sem_post(&sem); //sem++
return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int ret_val;
int arg[THREAD_NUMBER];
sem_init(&sem, 0, 1); //初始化sem值为1
pthread_t pt[THREAD_NUMBER];
//创建线程
for(int i=0;i<THREAD_NUMBER;i++)
{
arg[i]=i;
ret_val = pthread_create(&pt[i], NULL, thread, (void *)&arg[i]);
if (ret_val != 0 ) {
printf("pthread_create error!\n");
exit(1);
}
}
//等待线程执行完毕
printf("Begin to wait for threads...\n");
for(int i = 0; i < THREAD_NUMBER; i++) {
ret_val = pthread_join(pt[i], NULL);
if (ret_val != 0) {
printf("pthread_join error!\n");
exit(1);
} else {
多核编程与并行计算
printf("Thread %d is end! \n", i); }
}
sem_destroy(&sem);
//输出pi的值
printf("The value of Pi is %0.15f!\n", pi);
return 0;
}
五、运行结果：
