C++17 并行STL性能测评

电梯物联网专家 2024-01-19 15:50:18  53928 赞同 0 反对 0

分类：资源标签：后端

C++17 并行STL性能测评

C++17 并行STL使用与测评

各个编译器支持进度
并行算法库要求
如何使用
性能测试

最近在研究一些并行框架，发现C++17之后STL支持并行，于是使用并做了个性能测评，在测评过程中遇到一些问题，特别是TBB，本文将会带大家扫盲学会STL并行。

注：本文的所有代码已放星球，感兴趣可以拿去学习。

1.各个编译器支持进度

不同编译器对并行算法库的支持，如下：

https://en.cppreference.com/w/cpp/compiler_support/17#C.2B.2B17_library_features

可以看到gcc9之后就支持了，clang目前支持还不完全，自己也本地测了一下确实不支持。

其支持的算法包括：

https://en.cppreference.com/w/cpp/experimental/parallelism

2.并行算法库要求

gcc9以后便可以使用并行算法库了，我们可以看一下下面的gcc-9文档。

https://gcc.gnu.org/gcc-9/changes.html

其中，提到一个非常重要的信息：需要tbb支持。

TBB是由英特尔（Intel）公司开发的一个用于并行编程的 C++ 库。TBB 旨在简化多核处理器上的并行软件开发，提供了一套抽象和模型，使程序员能够更容易地实现并行算法。

1.C++17当中使用并行算法库的前提必须得安装tbb，那如果不安装tbb会怎样呢？

我自己实测就是可以编译与运行，只是没有任何加速，跟原来非并行跑出来的结果是一样的。

2.TBB如何安装呢？

一个是官方的tbb，叫做oneTBB。

https://github.com/oneapi-src/oneTBB

另一个是其他人写的tbb，叫做tbb。

https://github.com/wjakob/tbb

区别在于添加了基于 CMake 的构建系统。

现在官方也是支持cmake ，所以建议去使用官方的吧。

编译也是非常简单：

mkdir build && cmake ..
make -j8
make install

3.如何使用

相比于传统的STL使用又有哪些改变呢？

1.接口层面

其实比较简单，例如 sort原来是：

std::sort(begin, end, comp);

现在变为：

std::sort(exe_policy, begin, end, comp);

只需要添加执行策略(execution policy)，有三个选项：

std::execution::seq（顺序执行）:

这是默认的执行策略，也就是说，如果你没有明确指定执行策略，算法将使用顺序执行。
算法将按照顺序依次处理元素，不涉及并行处理。

std::execution::par（并行执行）:

使用这个执行策略将启用并行执行。算法会尝试以并行的方式处理元素，充分利用多核处理器。

std::execution::par_unseq（并行和向量化执行）:

这个执行策略允许算法在并行的同时进行向量化（vectorization），这意味着可以利用 SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令集进行并行向量化操作。
与 std::execution::par 不同，par_unseq 在能够并行处理的同时还允许矢量化处理，从而更充分地利用硬件的并行和向量化能力。

2.头文件层面

必须要引入：

#include <algorithm>
#include <execution>

如果有tbb的操作，可以引入tbb的头文件，例如：设置线程数。

3.编译层面

编译时需要指定链接信息，例如：

g++ -O3 -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic -I/usr/local/include/tbb -L /usr/local/lib/ -o main.out main.cc -ltbb

4.性能测试

最近在做sort相关的工作，想看看merge与sort的性能，所以写了个benchmark，逻辑如下：

串行sort vs 并行sort(par策略)
串行merge vs 并行merge(par策略)

数据范围：

BENCHMARK(BM_ParallelSort)->Arg(16384)->Arg(16384000)->Arg(163840000);

下面的测试结果将采用tbb默认线程调度策略。

对比组1：并行Sort/串行Sort详细数据与加速比

对比组2：并行Merge/串行Merge详细数据与加速比

tbb文档：

https://oneapi-src.github.io/oneTBB/index.html

如果要设置线程数，可以这样操作：

#include <tbb/tbb.h>

tbb::task_scheduler_init init(16);

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C++17 并行STL使用与测评

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