使用 parallel 加速单线程程序

Question

使用 parallel 加速单线程程序的原理

使用 parallel 加速单线程程序的原理在于使用 --pipe/--spreadstdin 将标准输入的内容切成多段，然后每段调用一个进程来处理，最后将处理结果整合在一起。比如：

ls -lh big.txt  
-rw-r--r--  1 westlund  staff   102M Nov  1 21:23 big.txt

time grep regex bigfile.txt  
real    0m2.376s  
user    0m2.354s  
sys     0m0.021s

time cat big.txt | parallel --pipe grep regex  
real    0m2.592s  
user    0m5.908s  
sys     0m2.498s  

但是你会发现上面用 parallel 进行并行处理后所花费的时间反而更多了，这是因为 --pipe 默认将 stdin 的内容分成每块 1M，而且默认的并发量是 CPU 的个数。 也就是说上面 102M 的文件内容会分成 102 个块，然后调用 102 个 grep 进程来处理，最后将结果进行合并，这个过程显然是太繁杂了。

为此我们可以使用 --block 参数来指定每块的大小，比如

time cat big.txt | parallel --block 25M --pipe grep regex
real    0m1.626s
user    0m4.634s
sys     0m0.620s

这就明显快了很多了。

使用 parallel 加速单线程程序可能遇到的问题

将 STDIN 拆分成多块后再并发处理在提高效率的同时也会带来一些问题：

乱序问题

并发运行多个进程时，就无法保证输出结果的一致性了， 比如下面这个例子:

echo -n 2 1 4 3 | parallel -d " " -j4 "sleep {}; echo {}"
# -d的意思是设定分隔符，-j的意思是指定并发数

1
2
3
4

你会发现输出的顺序发生了改变。但这个问题可以通过 -k/--keep-order 来解决，比如:

echo -n 2 1 4 3 | parallel -d " " -k -j4 "sleep {}; echo {}"
# -d的意思是设定分隔符，-j的意思是指定并发数

2
1
4
3

这次输出的顺序一样了

不是所有的任务都能够进行分拆

比如，我要计算一系列数字的总和，很明显这种任务不能单纯的用拆分来解决，拆分后还需要有一个合并的过程。比如

ls -lh random_numbers.txt
-rw-r--r--  1 westlund  staff    22M Nov  1 21:56 random_numbers.txt

time cat random_numbers.txt | awk '{sum+=$1} END {print sum}'
65538384640
real    0m2.408s
user    0m2.402s
sys     0m0.021s

time cat random_numbers.txt | parallel --block 2M --pipe awk \'{sum+=\$1} END {print sum}\'
6067097462
6064980068
6074889658
6068292593
6073256962
6065663642
6068441658
6071296753
4846052534
6072985491
6065427819
real    0m1.436s
user    0m4.390s
sys     0m0.358s

time cat random_numbers.txt | parallel --block 2M --pipe awk \'{sum+=\$1} END {print sum}\' | awk '{sum+=$1} END {print sum}'
65538384640
real    0m1.408s
user    0m4.341s
sys     0m0.356s