Для той же задачи, почему больше потоков приводит к меньшему количеству инструкций

Код

Я запустил свою программу 30 раз, и n перешел к run_and_join_threads() изменилось с 1 до 30 соответственно.

Обратите внимание, что jobs перешел к run_and_join_threads() были заселены одинаково в каждом исполнении.

void do_job(JobQueue *jobs) {
Job job;
while (job = jobs->pop())
job();

// control flow goes here if jobs.pop() returns nullptr,
// which means all the jobs have been done
}

void run_and_join_threads(int n, JobQueue &jobs) {
vector<thread> threads;
threads.reserve(n);
for (int i = 0; i < n; ++i)
threads.push_back(thread(do_job, &jobs));

// synchronization
for (int i = 0; i < n; ++i)
threads[i].join();
}

JobQueue.h

#ifndef JOB_QUEUE_H
#define JOB_QUEUE_H

#include <functional>
#include <queue>
#include <mutex>

typedef std::function<void (void)> Job;

// Its methods are all atomic.
class JobQueue {
std::queue<Job> jobs;
std::mutex mtx;
public:
void push(Job job);

// pop removes the "oldest" job in the queue and returns it.
// pop returns nullptr if there's no more jobs left in the queue.
Job pop();
};

#endif

JobQueue.cc

#include "JobQueue.h"
using namespace std;

void JobQueue::push(Job job) {
mtx.lock();
jobs.push(job);
mtx.unlock();
}

Job JobQueue::pop() {
Job job = nullptr;
mtx.lock();
if (!jobs.empty()) {
job = jobs.front();
jobs.pop();
}
mtx.unlock();
return job;
}

Диаграмма

я использую perf stat -e instructions:u ./my_program записывать количество инструкций во время выполнения моей программы.

Затем я обнаружил, что существует отрицательная корреляция между количеством потоков и количеством пользовательских инструкций.

Мои мысли

Поскольку «реальная задача» остается прежней, большее количество потоков должно привести к большему количеству создания и разрушения потоков, что приводит к большему количеству инструкций, но это не так из диаграммы. Я пытался гуглить с ключевыми словами в заголовке, но безуспешно.

Варианты компиляции: -std=c++14 -pthread -Wextra -Werror -MMD
версия gcc: 8.2.1 20180831

Выход из --per-thread когда n = 10

     hw4-9525               8,524.37 msec task-clock:u              #    0.153 CPUs utilized
hw4-9524               8,082.77 msec task-clock:u              #    0.145 CPUs utilized
hw4-9522               7,824.93 msec task-clock:u              #    0.140 CPUs utilized
hw4-9519               7,782.65 msec task-clock:u              #    0.139 CPUs utilized
hw4-9518               7,734.42 msec task-clock:u              #    0.138 CPUs utilized
hw4-9517               7,722.12 msec task-clock:u              #    0.138 CPUs utilized
hw4-9520               7,636.99 msec task-clock:u              #    0.137 CPUs utilized
hw4-9425              11,899.78 msec task-clock:u              #    0.213 CPUs utilized
hw4-9521               7,585.14 msec task-clock:u              #    0.136 CPUs utilized
hw4-9526               7,580.60 msec task-clock:u              #    0.136 CPUs utilized
hw4-9523               7,306.57 msec task-clock:u              #    0.131 CPUs utilized
hw4-9425                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9517                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9518                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9519                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9520                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9521                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9522                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9523                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9524                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9525                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9526                      0      context-switches:u        #    0.000 K/sec
hw4-9425                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9517                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9518                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9519                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9520                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9521                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9522                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9523                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9524                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9525                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9526                      0      cpu-migrations:u          #    0.000 K/sec
hw4-9425                  9,332      page-faults:u             # 1144.724 M/sec
hw4-9520                  7,487      page-faults:u             #  918.404 M/sec
hw4-9526                  7,408      page-faults:u             #  908.714 M/sec
hw4-9522                  7,401      page-faults:u             #  907.855 M/sec
hw4-9518                  7,386      page-faults:u             #  906.015 M/sec
hw4-9524                  7,362      page-faults:u             #  903.071 M/sec
hw4-9521                  7,348      page-faults:u             #  901.354 M/sec
hw4-9525                  7,258      page-faults:u             #  890.314 M/sec
hw4-9517                  7,253      page-faults:u             #  889.700 M/sec
hw4-9519                  7,153      page-faults:u             #  877.434 M/sec
hw4-9523                  6,194      page-faults:u             #  759.797 M/sec
hw4-9425         24,365,706,871      cycles:u                  # 2988857.145 GHz
hw4-9524         19,199,338,912      cycles:u                  # 2355116.623 GHz
hw4-9518         18,658,195,691      cycles:u                  # 2288736.452 GHz
hw4-9522         18,565,304,421      cycles:u                  # 2277341.801 GHz
hw4-9520         18,524,344,417      cycles:u                  # 2272317.378 GHz
hw4-9519         18,452,590,959      cycles:u                  # 2263515.629 GHz
hw4-9521         18,384,181,678      cycles:u                  # 2255124.099 GHz
hw4-9517         18,169,025,051      cycles:u                  # 2228731.578 GHz
hw4-9526         17,957,925,085      cycles:u                  # 2202836.674 GHz
hw4-9523         17,689,877,988      cycles:u                  # 2169956.262 GHz
hw4-9525         20,380,269,586      cycles:u                  # 2499977.312 GHz
hw4-9524         35,930,781,858      instructions:u            #    1.88  insn per cycle
hw4-9425         31,238,610,254      instructions:u            #    1.63  insn per cycle
hw4-9522         34,856,962,399      instructions:u            #    1.82  insn per cycle
hw4-9518         34,794,129,974      instructions:u            #    1.82  insn per cycle
hw4-9520         34,565,759,122      instructions:u            #    1.81  insn per cycle
hw4-9519         34,521,122,564      instructions:u            #    1.81  insn per cycle
hw4-9521         34,389,796,009      instructions:u            #    1.80  insn per cycle
hw4-9517         33,823,905,990      instructions:u            #    1.77  insn per cycle
hw4-9525         38,084,271,354      instructions:u            #    1.99  insn per cycle
hw4-9526         33,682,632,175      instructions:u            #    1.76  insn per cycle
hw4-9523         33,147,549,812      instructions:u            #    1.73  insn per cycle
hw4-9525          6,113,561,884      branches:u                # 749929530.566 M/sec
hw4-9425          5,978,592,665      branches:u                # 733373322.423 M/sec
hw4-9524          5,765,141,950      branches:u                # 707190060.107 M/sec
hw4-9522          5,593,987,998      branches:u                # 686195195.687 M/sec
hw4-9518          5,583,032,551      branches:u                # 684851328.824 M/sec
hw4-9520          5,546,955,396      branches:u                # 680425868.769 M/sec
hw4-9519          5,541,456,246      branches:u                # 679751307.023 M/sec
hw4-9521          5,518,407,713      branches:u                # 676924023.050 M/sec
hw4-9517          5,427,113,316      branches:u                # 665725254.544 M/sec
hw4-9526          5,407,241,325      branches:u                # 663287626.012 M/sec
hw4-9523          5,318,730,317      branches:u                # 652430286.226 M/sec
hw4-9525             66,142,537      branch-misses:u           #    1.18% of all branches
hw4-9524             61,835,669      branch-misses:u           #    1.10% of all branches
hw4-9518             61,243,167      branch-misses:u           #    1.09% of all branches
hw4-9520             60,266,206      branch-misses:u           #    1.07% of all branches
hw4-9521             59,396,966      branch-misses:u           #    1.06% of all branches
hw4-9522             59,227,658      branch-misses:u           #    1.05% of all branches
hw4-9519             59,210,503      branch-misses:u           #    1.05% of all branches
hw4-9526             57,983,090      branch-misses:u           #    1.03% of all branches
hw4-9517             57,910,215      branch-misses:u           #    1.03% of all branches
hw4-9523             56,251,632      branch-misses:u           #    1.00% of all branches
hw4-9425             32,626,137      branch-misses:u           #    0.58% of all branches