Linux 下多线程排序的实现
来源:互联网 发布:php ob get contents 编辑:程序博客网 时间:2024/05/18 01:31
对于计算密集型的任务,如果能采用合理的多线程处理,能够大大的提升计算效率。这篇博文实现了多线程排序,同时讲解了一些需要注意的问题。
首先,说一下总体的思路:将元素分成n段,使用快速排序多个线程并行处理。最后需要等待这些线程都将分段排好序之后,进行类似归并排序的过程。
这样时间复杂度算下来是(假设我是4核的机器) O(n+n/4log(n/4)),比O(nlogn)大概快了一倍的样子。(请带入数值具体计算)
先来介绍一下pthread_barrier系列函数。
函数原型:#include <pthread.h>int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *restrict barrier, const pthread_barrierattr_t *restrict attr, unsigned count);int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier);int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier);
参数解释:
pthread_barrier_t,是一个计数锁,对该锁的操作都包含在三个函数内部,我们不用关心也无法直接操作。只需要实例化一个对象丢给它就好。
pthread_barrierattr_t,锁的属性设置,设为NULL让函数使用默认属性即可。
count,你要指定的等待个数。
通俗解释:
pthread_barrier_*其实只做且只能做一件事,就是充当栏杆(barrier意为栏杆)。形象的说就是把先后到达的多个线程挡在同一栏杆前,直到所有线程到齐,然后撤下栏杆同时放行。1)init函数负责指定要等待的线程个数;2) wait()函数由每个线程主动调用,它告诉栏杆“我到起跑线前了”。wait()执行末尾栏杆会检查是否所有人都到栏杆前了,如果是,栏杆就消失所有线程继续执行下一句代码;如果不是,则所有已到wait()的线程停在该函数不动,剩下没执行到wait()的线程继续执行;3)destroy函数释放init申请的资源。单线程排序:
#include <unistd.h>#include <sys/time.h>#include <pthread.h>#include <string.h>#include <string>#include <cstdio>#include <iostream>#include <errno.h>#include <stdlib.h>#include <algorithm>using namespace std;//错误检查函数inline void ERR_EXIT(const string &msg,int retnum){ if(retnum!=0) { cerr<<msg<<": "<<strerror(retnum)<<endl; exit(EXIT_FAILURE); }}#define NUMMAX 8000000Llong int nums[NUMMAX];int main(){ srandom(time(NULL)); for(unsigned long i=0;i<NUMMAX;i++) nums[i]=random(); //计时开始 gettimeofday(&start,NULL); sort(nums,nums+NUMMAX); gettimeofday(&end,NULL); //计算用时 long long startusec=start.tv_sec*1000000+start.tv_usec; long long endusec=end.tv_sec*1000000+end.tv_usec; double elapsed=(double)(endusec-startusec)/1000000.0; printf("sort took %.4f seconds\n",elapsed); FILE *fp=fopen("save.txt","w+"); for(unsigned long i=0;i<NUMMAX;i++) fprintf(fp,"%ld ",nums[i]); return 0;}排序时间花费如下:
多线程排序:
#include <unistd.h>#include <sys/time.h>#include <pthread.h>#include <string.h>#include <string>#include <cstdio>#include <iostream>#include <errno.h>#include <climits>#include <stdlib.h>#include <algorithm>using namespace std;//错误检查函数inline void ERR_EXIT(const string &msg,int retnum){ if(retnum!=0) { cerr<<msg<<": "<<strerror(retnum)<<endl; exit(EXIT_FAILURE); }}#define NUMMAX 8000000L#define NTHR 4#define TNUM (NUMMAX/NTHR)long int nums[NUMMAX];long int snums[NUMMAX];pthread_barrier_t b;void * workThread(void *args){ long index=(long)args; sort(nums+index,nums+index+TNUM); pthread_barrier_wait(&b); pthread_exit(NULL);}void merge(){ long index[NTHR]; for(long i=0;i<NTHR;i++) index[i]=i*TNUM; for(long i=0;i<NUMMAX;i++) { long min_index; long min_num=LONG_MAX; for(long j=0;j<NTHR;j++) { if((index[j]<(j+1)*TNUM)&&(nums[index[j]]<min_num)) { min_num=nums[index[j]]; min_index=j; } } snums[i]=nums[index[min_index]]; index[min_index]++; }}int main(){ srandom(time(NULL)); for(unsigned long i=0;i<NUMMAX;i++) nums[i]=random(); struct timeval start,end; pthread_t tid; //计时开始 gettimeofday(&start,NULL); pthread_barrier_init(&b,NULL,NTHR+1); for(unsigned long i=0;i<NTHR;i++) pthread_create(&tid,NULL,workThread,(void*)(i*TNUM)); pthread_barrier_wait(&b); merge(); gettimeofday(&end,NULL); //计算用时 long long startusec=start.tv_sec*1000000+start.tv_usec; long long endusec=end.tv_sec*1000000+end.tv_usec; double elapsed=(double)(endusec-startusec)/1000000.0; printf("sort took %.4f seconds\n",elapsed); FILE *fp=fopen("save.txt","w+"); for(unsigned long i=0;i<NUMMAX;i++) fprintf(fp,"%ld ",snums[i]); return 0;}运行结果如下:
线程数为2时:
线程数为4时:
线程数为8时:
由于我的电脑是4核的CPU,所以能够看到当线程数是4时的运 算时间最短,恰好达到并行的结果。当线程数再多时,就会有线程之间额外切换的开销。
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