Multithreading OpenMP在关键构造中支持死锁

我试图确切地理解为什么在并行区域中，关键构造嵌套在关键构造中时会发生死锁

我查阅了以下资料：作者写道：

在OpenMP中，如果在一个关键区域内调用一个函数，则会发生这种情况 包含另一个关键区域。在这种情况下，称为 函数将等待第一个关键区域终止-这将永远不会终止 发生

好吧，但为什么不呢？此外，来自：黑格、格奥尔格和格哈德·韦林。为科学家和工程师介绍高性能计算。华润出版社，2010年，第页。149：

当线程在临界区域内遇到临界指令时，它将永远阻塞

同样的问题，为什么

最后是查普曼、芭芭拉、加布里埃尔·乔斯特和路德·范德帕斯。使用OpenMP：便携式共享内存并行编程。第10卷。麻省理工学院出版社，2008年也提供了一个使用锁的例子，但是没有使用关键构造

根据我目前的理解，在嵌套的关键区域中发生死锁有两种不同的可能方式：

开始第一步：

如果两个线程到达一个嵌套的关键构造（一个关键区域在另一个关键区域内），线程一进入“外部”关键区域，线程二等待。引用查普曼等人的话

当一个线程遇到一个关键构造时，它会等待，直到没有其他线程出现 使用相同的名称执行关键区域

好的，到目前为止还不错。现在，线程1没有进入嵌套的关键区域，因为它是一个同步点，线程在这里等待所有其他线程到达，然后再继续。由于第二个线程正在等待第一个线程退出“外部”关键区域，因此它们处于死锁状态

先结束再开始

开始第二次拍摄：

两个线程都到达“外部”关键构造。线程1进入“外部”关键构造，线程2等待。现在，线程1进入“内部”关键构造并在其隐含的屏障处停止，因为它等待线程2。另一方面，线程2等待线程1退出到“外部”线程，因此两个线程都在永远等待

第二步结束

下面是一个生成死锁的小Fortran代码：

  1   subroutine foo
  2 
  3     !$OMP PARALLEL 
  4     !$OMP CRITICAL 
  5       print*, 'Hallo i am just a single thread and I like it that way'
  6     !$OMP END CRITICAL
  7     !$OMP END PARALLEL 
  8 
  9   end subroutine foo
 10 
 11 program deadlock
 12   implicit none
 13   integer :: i,sum = 0
 14 
 15   !$OMP PARALLEL
 16   !$OMP DO 
 17   do i = 1, 100
 18   !$OMP CRITICAL
 19      sum = sum + i
 20      call foo()
 21   !$OMP END CRITICAL
 22   enddo
 23   !$OMP END DO
 24   !$OMP END PARALLEL
 25 
 26   print*, sum
 27 end program deadlock

所以我的问题是，这两个建议中的一个是正确的，还是有其他的可能性

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为什么在这种情况下会发生死锁。

没有隐含的障碍，即没有与关键构造关联的“线程等待其他线程到达的同步点”。相反，在关键构造开始时，线程会等待已在同名关键构造中的任何线程离开该构造

不能嵌套具有相同名称的关键构造，因为当前的OPEMP规则规定它们不能嵌套（请参阅OPEMP 4.0第2.16节中的嵌套限制）。这就是你问题的答案，也是讨论的结束——如果你违反了禁令，那么一切都可能发生

实际上，这种禁止允许实现假定具有相同名称的关键构造不会嵌套。一种常见的实现选择是，遇到关键构造的线程将等待所有线程（包括自身）离开该构造。如果正在等待，线程将无法离开。这导致了僵局

可以嵌套具有不同名称的关键构件。在这种情况下，如果嵌套不一致，则可能出现死锁。考虑：

!$OMP PARALLEL

!$OMP CRITICAL (A)
!$OMP CRITICAL (B)      ! Thread one waiting here.
!...
!$OMP OMP CRITICAL (B)
!$OMP END CRITICAL (A)

!$OMP CRITICAL (B)
!$OMP CRITICAL (A)      ! Thread two waiting here.
!...
!$OMP OMP CRITICAL (A)
!$OMP END CRITICAL (B)

!$END PARALLEL

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如果出现这种情况，线程将等待相当长的时间。

对于您的解释，有一个小的后续问题：因此，当线程1进入“外部”临界区域时，线程2将在外部等待。现在线程1正在等待“任何”线程离开“内部”临界区域，这不会发生，因为一次只有一个线程可以进入“外部”临界区域。因此，它正在等待自己离开。这是正确的解释吗？为了正确起见，我将一个与你的后续行动相关的单词“any”改为“all”。一个合理的实现是，当它击中内部关键构造时，线程一（原子地）查询关键部分是否有线程在其中。答案是肯定的，因此线程等待。（如果答案是否，线程将（原子地与查询一起）标记关键部分已被占用并继续进入该部分。）线程结束等待自己。线程2是不相关的-它可能正在外部构造边界等待，或者正在飞往月球。谢谢你的评论。