Использование rand() в параллельных секциях OpenMP

27 Май 2009

Автор: Андрей Карпов

На форуме RSDN я встретил интересную ветку, где описывается специфическая ошибка использования функции rand() в параллельных секциях OpenMP (http://rsdn.org/forum/cpp.applied/3400925.flat). Я собираю различные ошибки, связанные с использованием технологии OpenMP для того, чтобы в дальнейшем реализовывать их диагностику в статическом анализаторе кода VivaMP. Описанная в форуме ошибка, пожалуй, слишком специфична, чтобы реализовывать правило для ее проверки и поэтому я решил просто написать о ней в блоге.

Ошибка заключается в том, что каждый параллельный поток имеет свой собственный seed и если не осуществить специальной инициализации, то функция rand() во всех потоках будет возвращать одинаковое значение. Скорее всего, это не будет желаемым результатом.

Примечание. Seed - это начальное значение, выданное генератору случайной последовательности, чтобы получить первое случайное число. Если вы присвоите seed определенное значение, последовательность чисел будет всегда повторяться, начиная с этого же самого числа.

В форуме приводился следующий пример кода:

void initMatrix(int** m, int H, int W)
{
  #pragma omp parallel
  {
    #pragma omp for
    for (int i = 0; i < H; ++i)
      for (int j = 0; j < W; ++j)
         m[i][j] = rand()%15;
  }
}

Результатом работы такого кода является заполнение матрицы повторяющимися блоками чисел. Например, матрица 10×10, заполненная в двух потоках, может выгладить следующим образом:

0012_Use_of_rand()_in_OpenMP_parallel_sections_ru/image1.png

Как видно, верхняя и нижняя часть матрицы, заполненные в двух разных потоках - одинаковы.

Чтобы избежать аналогичного поведения функции rand() в вашем коде следует инициализировать генератор случайных чисел в каждом параллельном потоке различными значениями. Для этого можно использовать комбинацию текущего времени с номера текущего потока.

Исправленный код будет выглядеть следующим образом:

void initMatrix(int** m, int H, int W)
{
  #pragma omp parallel
  {
    srand(int(time(NULL)) ^ omp_get_thread_num());
    #pragma omp for
    for (int i = 0; i < H; ++i)
      for (int j = 0; j < W; ++j)
        m[i][j] = rand()%15;
  }
}