为何此段OpenMP代码中需要#pragma omp critical指令？

原始代码 #

void main()
{
    int i, n;
    double A[N], B[N];
    printf("Give threads number\n");
    scanf("%d", &n);
    omp_set_num_threads(n);
    /*Assume that array A is initialized here*/
    for (i = 0; i < N - 1; i++)
        B[i] = A[i];
    #pragma omp parallel private(i) shared(A)
    {
        #pragma omp for schedule(dynamic)
        for (i = 0; i < N - 1; i++)
            #pragma omp critical
            A[i] = (A[i] + B[i + 1]) / 2.0;
    }
}

用户疑问 #

使用#pragma omp for schedule(dynamic)后，每个线程应处理不同的循环迭代，且仅读取不修改B数组，理论上不应存在竞态条件，那#pragma omp critical是否属于无意义的性能损耗？请解释该指令在此处的必要性。

解答 #

这里的#pragma omp critical完全是多余的，属于无意义的性能损耗，没有任何存在的必要性，原因如下：

• 首先，omp for schedule(dynamic)会将循环的迭代任务分配给不同的线程，每个线程处理的i值都是唯一的，不存在多个线程同时访问或修改同一个A[i]的情况——每个A[i]只会被单个线程写入一次，读取的也是对应自己处理的A[i]，完全没有竞态条件。
• 其次，B数组在这段并行代码中全程是只读状态，所有线程都只读取B[i+1]的值，没有任何写入操作，自然也不会引发竞态问题。
• 加上critical指令后，所有线程执行赋值操作时都必须排队进入临界区执行，直接把原本的并行执行变成了串行执行，彻底抵消了OpenMP并行带来的性能提升，甚至会因为临界区的同步开销导致性能比单线程还差。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Alex