Подсчет Пи в темах

Question

У меня есть две реализации подсчета числа Пи с методом Монте-Карло : с потоками и без них. Реализация без потоков работает просто отлично, но метод с потоками имеет проблемы с точностью и производительностью. Вот код:

Без резьбы:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>


int main()
{
    srand(time(NULL));

    unsigned long N = 0, Nin = 0;
    float x,y;

    while(N < 2E+9)
    {
        x = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;
        y = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;

        if(x*x + y*y < 25.0) Nin += 1;
        N++;
    }
    long double pi = 4.0 * (long double)Nin / (long double)N;

    printf("\tPi1: %.20Lf\n\t%lu %lu\n", pi, Nin, N);

    return 0;
}

И с темами:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>


typedef struct 
{
    unsigned long Nin;
    unsigned long N;
} nums;


void pi_counter(nums* a)
{
    float x,y;
    unsigned int N = 0, Nin = 0;

    while(N < 1E+9)
    {
        x = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;
        y = rand()/((float)RAND_MAX + 1.0)*10.0 - 5.0;


        if(x*x + y*y < 25.0) Nin++;
        N++;
    }

    a -> Nin += Nin;
    a -> N   += N;
}


int main()
{
    pthread_t thread1, thread2, thread3;
    nums a;

    srand(time(NULL));

    pthread_create( &thread1, NULL, pi_counter, &a );
    pthread_create( &thread2, NULL, pi_counter, &a );

    pthread_join( thread1, NULL );
    pthread_join( thread2, NULL ); 

    long double pi = 4.0 * (long double)a.Nin / (long double)a.N;


    printf("\tPi2: %.20Lf\n\t%lu %lu\n", pi, a.Nin, a.N);

    return 0;
}

Результаты:

$ time ./pi2
    Pi2: 3.14147154999999999995
    1570735775 2000000000

real    1m1.927s
user    1m23.624s
sys 0m0.139s



$ time ./pi
    Pi1: 3.14158868600000000006
    1570794343 2000000000

real    0m49.956s
user    0m49.887s
sys 0m0.022s

Где моя ошибка?

Answer 1

rand не является поточно-ориентированным; одновременное использование его в нескольких потоках приведет к неопределенному поведению . Вы можете либо обернуть его функцией, которая получает и удерживает мьютекс при вызове rand, либо можете использовать rand_r или (еще лучше) написать приличный PRNG для использования вместо него.

Answer 2

Помимо других ответов, в следующем коде

a -> Nin += Nin;
a -> N   += N;

a используется совместно, но не защищен мьютексом, что приводит к неправильному добавлению. Хотя вы, возможно, и не сталкивались с этой проблемой, но в конечном итоге у вас возникнет.

Answer 3

Ваш rand() одновременно в потоках приведет к той же последовательности чисел , потому что вы получите другие результаты, но алгоритм в порядке ( вероятностный , ничего не гарантируется).Почему такая же последовательность?Поскольку экземпляр seed rand для каждого процесса, поток является слишком легким.