使用 OpenMP 编译 Smallpt 会导致运行时无限循环

Question

我目前正在查看 Keavin Beason 编写的 smallpt 代码。我使用 g++ -O3 -fopenmpsmallpt.cpp 编译了代码，但我遇到了似乎是无限循环或死锁的情况。

仅使用 g++ -O3smallpt.cpp 编译代码会生成在他的页面上看到的图像，但我根本无法让 OpenMP 并行化工作。

作为参考，我正在使用 Cygwin 和 GCC 4.5.0 在 Windows 7 64 位计算机上进行编译。 作者本人表示他运行了完全相同的代码并且没有遇到任何问题，但是当程序完成跟踪图像时，我无法让程序真正退出。

这可能是我的特定编译器和环境的问题，还是我在这里做错了什么？以下是使用 OpenMP 并行化的特定代码片段。我只是用一些小的格式对其进行了修改，以使其更具可读性。

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int main(int argc, char *argv[])
{
  int w=1024, h=768, samps = argc==2 ? atoi(argv[1])/4 : 1;

  Ray cam(Vec(50,52,295.6), Vec(0,-0.042612,-1).norm()); // cam pos, dir
  Vec cx=Vec(w*.5135/h);
  Vec cy=(cx%cam.d).norm()*.5135, r, *c=new Vec[w*h];

  #pragma omp parallel for schedule(dynamic, 1) private(r)       // OpenMP
  for (int y=0; y<h; y++)                       // Loop over image rows
  {
    fprintf(stderr,"\rRendering (%d spp) %5.2f%%",samps*4,100.*y/(h-1));
    for (unsigned short x=0, Xi[3]={0,0,y*y*y}; x<w; x++)   // Loop cols
    {
      for (int sy=0, i=(h-y-1)*w+x; sy<2; sy++)     // 2x2 subpixel rows
      {
        for (int sx=0; sx<2; sx++, r=Vec())        // 2x2 subpixel cols
        {
          for (int s=0; s<samps; s++)
          {
            double r1=2*erand48(Xi), dx=r1<1 ? sqrt(r1)-1: 1-sqrt(2-r1);
            double r2=2*erand48(Xi), dy=r2<1 ? sqrt(r2)-1: 1-sqrt(2-r2);
            Vec d = cx*( ( (sx+.5 + dx)/2 + x)/w - .5) +
                    cy*( ( (sy+.5 + dy)/2 + y)/h - .5) + cam.d;
            r = r + radiance(Ray(cam.o+d*140,d.norm()),0,Xi)*(1./samps);
          } // Camera rays are pushed ^^^^^ forward to start in interior
          c[i] = c[i] + Vec(clamp(r.x),clamp(r.y),clamp(r.z))*.25;
        }
      }
    }
  }

  /*  PROBLEM HERE!
      The code never seems to reach here
      PROBLEM HERE!
  */
  FILE *f = fopen("image.ppm", "w");         // Write image to PPM file.
  fprintf(f, "P3\n%d %d\n%d\n", w, h, 255);
  for (int i=0; i<w*h; i++)
    fprintf(f,"%d %d %d ", toInt(c[i].x), toInt(c[i].y), toInt(c[i].z));
}

这是程序运行完成时生成的输出：

$ time ./a
Rendering (4 spp) 100.00%spp)  spp)   00..0026%%

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以下是可以重现上述行为的最基本代码

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cmath>

struct Vector
{
  double x, y, z;
  Vector() : x(0), y(0), z(0) {}
};

int toInt(double x)
{
  return (int)(255 * x);
}

double clamp(double x)
{
  if (x < 0) return 0;
  if (x > 1) return 1;
  return x;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  int w = 1024;
  int h = 768;
  int samples = 1;

  Vector r, *c = new Vector[w * h];

  #pragma omp parallel for schedule(dynamic, 1) private(r)
  for (int y = 0; y < h; y++)
  {
    fprintf(stderr,"\rRendering (%d spp) %5.2f%%",samples * 4, 100. * y / (h - 1));
    for (unsigned short x = 0, Xi[3]= {0, 0, y*y*y}; x < w; x++)
    {
      for (int sy = 0, i = (h - y - 1) * w + x; sy < 2; sy++)
      {
        for (int sx = 0; sx < 2; sx++, r = Vector())
        {
          for (int s = 0; s < samples; s++)
          {
            double r1 = 2 * erand48(Xi), dx = r1 < 1 ? sqrt(r1) - 1 : 1 - sqrt(2 - r1);
            double r2 = 2 * erand48(Xi), dy = r2 < 1 ? sqrt(r2) - 1 : 1 - sqrt(2 - r2);
            r.x += r1;
            r.y += r2;
          }

          c[i].x += clamp(r.x) / 4;
          c[i].y += clamp(r.y) / 4;
        }
      }
    }
  }

  FILE *f = fopen("image.ppm", "w");         // Write image to PPM file.
  fprintf(f, "P3\n%d %d\n%d\n", w, h, 255);
  for (int i=0; i<w*h; i++)
    fprintf(f,"%d %d %d ", toInt(c[i].x), toInt(c[i].y), toInt(c[i].z));
}

这是从以下示例获得的输出程序：

$ g++ test.cpp
$ ./a
Rendering (4 spp) 100.00%

$ g++ test.cpp -fopenmp
$ ./a
Rendering (4 spp) 100.00%spp)  spp)   00..0052%%

Answer 1

fprintf 不受临界区或#pragma omp single/master 保护。如果在 Windows 上这个东西弄乱了控制台，我不会感到惊讶。