Tạo kế hoạch FFTW bằng cách sử dụng OpenMP

Question

Tôi đang cố gắng thực hiện một số FFT song song. Tôi đang sử dụng FFTW và OpenMP. Mỗi FFT là khác nhau, vì vậy tôi không phụ thuộc vào đa luồng xây dựng trong FFTW (mà tôi biết sử dụng OpenMP).

int m; 

// assume: 
// int numberOfColumns = 100; 
// int numberOfRows = 100; 

#pragma omp parallel for default(none) private(m) shared(numberOfColumns, numberOfRows)// num_threads(4) 
    for(m = 0; m < 36; m++){ 

     // create pointers 
     double   *inputTest; 
     fftw_complex *outputTest; 
     fftw_plan  testPlan; 

     // preallocate vectors for FFTW 
     outputTest = (fftw_complex*)fftw_malloc(sizeof(fftw_complex)*numberOfRows*numberOfColumns); 
     inputTest = (double *)fftw_malloc(sizeof(double)*numberOfRows*numberOfColumns); 

     // confirm that preallocation worked 
     if (inputTest == NULL || outputTest == NULL){ 
      logger_.log_error("\t\t FFTW memory not allocated on m = %i", m); 
     } 

     // EDIT: insert data into inputTest 
     inputTest = someDataSpecificToThisIteration(m); // same size for all m 

     // create FFTW plan 
     #pragma omp critical (make_plan) 
     { 
      testPlan = fftw_plan_dft_r2c_2d(numberOfRows, numberOfColumns, inputTest, outputTest, FFTW_ESTIMATE); 
     } 

     // confirm that plan was created correctly 
     if (testPlan == NULL){ 
      logger_.log_error("\t\t failed to create plan on m = %i", m); 
     } 

     // execute plan 
     fftw_execute(testPlan); 

     // clean up 
     fftw_free(inputTest); 
     fftw_free(outputTest); 
     fftw_destroy_plan(testPlan); 

    }// end parallelized for loop 

Tất cả đều hoạt động tốt. Tuy nhiên, nếu tôi loại bỏ các cấu trúc quan trọng từ xung quanh việc tạo kế hoạch (fftw_plan_dft_r2c_2d) mã của tôi sẽ thất bại. Ai đó có thể giải thích lý do tại sao? fftw_plan_dft_r2c_2d không thực sự là một "đứa trẻ mồ côi", đúng không? Có phải vì hai luồng có thể vừa cố gắng truy cập vào vị trí bộ nhớ numberOfRows hoặc numberOfColumns cùng một lúc?

Answer 1

Nó khá nhiều bài viết trong tài liệu FFTW về thread safety:

... nhưng một số bạn phải cẩn thận vì thói quen lập kế hoạch chia sẻ dữ liệu (ví dụ khôn ngoan và bảng lượng giác) giữa các cuộc gọi và các kế hoạch.

Kết quả là quy trình an toàn chỉ (tái nhập cảnh) duy nhất trong FFTW là fftw_execute (và các biến thể mảng mới của chúng). Tất cả các thói quen khác (ví dụ: kế hoạch) chỉ nên được gọi từ một luồng tại một thời điểm. Vì vậy, ví dụ, bạn có thể bọc một khóa semaphore xung quanh bất kỳ cuộc gọi đến kế hoạch; thậm chí đơn giản hơn, bạn chỉ có thể tạo tất cả các kế hoạch của mình từ một chuỗi. Chúng tôi không nghĩ rằng đây nên là một hạn chế quan trọng (FFTW được thiết kế cho tình huống mà mã chỉ có hiệu suất duy nhất là việc thực thi biến đổi) và lợi ích của dữ liệu được chia sẻ giữa các gói là rất lớn.

Trong một ứng dụng điển hình của các kế hoạch FFT được xây dựng ít khi, vì vậy nó không thực sự quan trọng nếu bạn phải đồng bộ hóa việc tạo của chúng. Trong trường hợp của bạn, bạn không cần phải tạo một kế hoạch mới tại mỗi lần lặp, trừ khi kích thước của dữ liệu thay đổi. Bạn thà làm như sau:

#pragma omp parallel default(none) private(m) shared(numberOfColumns, numberOfRows) 
{ 
    // create pointers 
    double   *inputTest; 
    fftw_complex *outputTest; 
    fftw_plan  testPlan; 

    // preallocate vectors for FFTW 
    outputTest = (fftw_complex*)fftw_malloc(sizeof(fftw_complex)*numberOfRows*numberOfColumns); 
    inputTest = (double *)fftw_malloc(sizeof(double)*numberOfRows*numberOfColumns); 

    // confirm that preallocation worked 
    if (inputTest == NULL || outputTest == NULL){ 
     logger_.log_error("\t\t FFTW memory not allocated on m = %i", m); 
    } 

    // create FFTW plan 
    #pragma omp critical (make_plan) 
    testPlan = fftw_plan_dft_r2c_2d(numberOfRows, numberOfColumns, inputTest, outputTest, FFTW_ESTIMATE); 

    #pragma omp for 
    for (m = 0; m < 36; m++) { 
     // execute plan 
     fftw_execute(testPlan); 
    } 

    // clean up 
    fftw_free(inputTest); 
    fftw_free(outputTest); 
    fftw_destroy_plan(testPlan); 
} 

Bây giờ các kế hoạch được tạo ra chỉ một lần trong mỗi chủ đề và các chi phí serialization sẽ giảm với nhau thực hiện fftw_execute(). Nếu chạy trên hệ thống NUMA (ví dụ: hệ thống N64 của AMD64 hoặc Intel multi-socket), thì bạn nên bật tính năng ràng buộc chuỗi để đạt được hiệu suất tối đa.