使用OpenMP创建FFTW计划

Question

使用OpenMP创建FFTW计划

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我正在尝试并行执行多个傅里叶变换（FFT）。我正在使用FFTW和OpenMP。每个FFT都不同，因此我不依赖于FFTW的内置多线程（我知道它使用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

所有的都很好，但是如果我从计划创建周围移除关键结构(fftw_plan_dft_r2c_2d)，我的代码将失败。有人能解释一下为什么吗？fftw_plan_dft_r2c_2d不是一个“孤儿”，对吧？是因为两个线程可能同时尝试命中numberOfRows或numberOfColumns内存位置吗？

- tir38

你没有使用fftw的多线程功能。实际上，你正在同时进行36个单线程转换。 - nat chouf

我知道。我在最初的问题中说过：“每个FFT都不同，所以我不依赖FFTW的内置多线程”。我想要并行地进行36个单线程转换。 - tir38

抱歉，我的错误，我读成了完全相反的意思;-) - nat chouf

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Hristo Iliev · Accepted Answer

关于线程安全，FFTW文档中已经详细说明：

...但是需要注意一些问题，因为规划程序在调用和规划之间共享数据（例如智能数据和三角表）。

总之，FFTW中唯一线程安全（可重入）的例程是 fftw_execute （以及其新数组变体）。所有其他例程（例如规划器）只应从一个线程调用。因此，例如，您可以在对规划程序的任何调用周围包装一个信号量锁定；更简单的是，您可以只从一个线程创建所有计划。我们认为这不应该是一个重要的限制（FFTW是为实际执行变换的性能敏感代码设计的），而且计划之间共享数据的好处很大。

在典型的FFT应用程序中，计划很少被构建，因此如果必须同步它们的创建，那也无所谓。在您的情况下，除非数据的维数发生变化，否则不需要在每次迭代中创建新计划。您应该采取以下措施：

#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);
}

现在计划只会在每个线程中创建一次，而串行化开销会随着每次执行 fftw_execute() 的减少而减少。如果在 NUMA 系统上运行 (例如多插槽的 AMD64 或 Intel (post-)Nehalem 系统)，则应启用线程绑定以实现最大性能。