Будьте аккуратны с директивой atomic

Хочется рассказать об одной ошибке, которую легко может допустить человек еще малознакомый с технологией OpenMP. Ошибка связана с неверным представлением о работе директивы atomic. Директива atomic работает быстрее, чем критические секции, так как некоторые атомарные операции могут быть напрямую заменены командами процессора. И поэтому ее удобно использовать при вычислении различных выражений. Но следует помнить, что atomic никак не влияет на вызов функций, используемых в выражении.

Рассмотрим это на примере:

class Example
{
public:
  unsigned m_value;
  Example() : m_value(0) {}
  unsigned GetValue()
  {
    return ++m_value;
  }
  unsigned GetSum()
  {
    unsigned sum = 0;
    #pragma omp parallel for
    for (ptrdiff_t i = 0; i < 100; i++)
    {
      #pragma omp atomic
      sum += GetValue();
    }
    return sum;
  }
};

Данный пример содержит ошибку состояния гонки (Race condition), и возвращаемое ей значение может меняться от запуска к запуску. Если вы попробуете приведенный пример, и результат все время будет верен, то можете изменить функцию GetValue, как показано ниже, чтобы ошибка проявлялась более четко:

unsigned GetValue()
{
  Sleep(0);
  m_value++;
  Sleep(0);
  return m_value;
}

В коде с помощью директивы atomic защищено увеличение переменной "sum". Но директива atomic не оказывает влияние на вызов функции GetValue(). Вызовы происходят в параллельных потоках, что приводит к ошибкам при выполенения операции "++m_value" внутри функции GetValue.

Помните, что функции, используемые в выражениях, к которым применяется директива atomic, должны быть потоко-безопасными (thread-safe). Директива atomic распространяется только на операции следующего вида:

• x binop= expr
• x++
• ++x
• x−−
• −−x

Здесь х - скалярная переменная, expr - выражение со скалярными типами, в котором не присутствует переменная х, binop - не перегруженный оператор +, *, -, /, &, ^, |, <<, or >>. Во всех остальных случаях применять директиву atomic нельзя.

В приведенном примере директива atomic обезопасит операцию "sum +=", но не обезопасит вызов функции GetValue. Для исправления показанной ошибки необходимо использовать критическую секцию или иные способы для защиты переменной m_value.