如何在OpenMP中避免线程索引一维数组时的伪共享问题

问题背景 #

我有一个大小由OpenMP线程数决定的一维数组（使用Fortran编写，该问题同样适用于C/C++）。假设整数numThreads为OpenMP线程数（可作为输入使数组可分配），数组exArray的大小为numThreads。每个线程会调用子例程exSubroutine()操作exArray对应索引的元素，初始代码如下：

integer :: numThreads
integer :: exArray(numThreads)
integer :: iThread

subroutine exSubroutine(a)
    integer, intent(in out) :: a
end subroutine


!$OMP parallel private(iThread)
    iThread = omp_get_thread_num() + 1
    call exSubroutine(exArray(iThread))
    ! more code here that uses/writes to exArray(iThread) maybe several more times
!$OMP end parallel

由于**伪共享（False sharing）**问题，CPU会将整个数组加载到缓存，导致数组在不同CPU缓存间频繁切换。

已尝试的优化方案 #

我尝试用每个线程的私有变量先复制数组元素，操作后再写回的方法优化，代码如下：

integer :: numThreads
integer :: exArray(numThreads)
integer :: iThread, privVar

subroutine exSubroutine(a)
    integer, intent(in out) :: a
end subroutine


!$OMP parallel private(iThread, privVar)
    iThread = omp_get_thread_num() + 1
    privVar = exArray(iThread)
    call exSubroutine(privVar)
    ! more code here that uses/writes to privVar maybe several more times
    exArray(iThread) = privVar
!$OMP end parallel

该方法确实提升了性能，但仍需至少一次对exArray(iThread)的写入操作。

需求 #

我需要保留大小为numThreads的exArray状态，也了解数组填充等技巧，但希望找到无需复杂技巧的OpenMP指令或方法，让编译器识别每个线程仅需操作数组单个元素，避免伪共享。此外，我发现程序中的二维数组（如dimension(1000, numThreads)的exArray）不存在该问题，推测是因无法装入单个缓存行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user23399617