CUDA学习笔记二

前言

线程的组织形式对程序的性能影响是至关重要的，本篇博文主要以下面一种情况来介绍线程组织形式：

  • 2D grid 2D block

一些基本的描述：

  • gridDim.x-线程网络X维度上线程块的数量
  • gridDim.y-线程网络Y维度上线程块的数量
  • blockDim.x-一个线程块X维度上的线程数量
  • blockDim.y-一个线程块Y维度上的线程数量
  • blockIdx.x-线程网络X维度上的线程块索引
  • blockIdx.y-线程网络Y维度上的线程块索引
  • threadIdx.x-线程块X维度上的线程索引
  • threadIdx.y-线程块Y维度上的线程索引

    线程索引

    一般，一个矩阵以线性存储在global memory中的，并以行来实现线性：

     

    在kernel里，线程的唯一索引非常有用，为了确定一个线程的索引，我们以2D为例：

    • 线程和block索引
    • 矩阵中元素坐标
    • 线性global memory 的偏移

    首先可以将thread和block索引映射到矩阵坐标：

    ix = threadIdx.x + blockIdx.x * blockDim.x

    iy = threadIdx.y + blockIdx.y * blockDim.y

    之后可以利用上述变量计算线性地址：

    idx = iy * nx + ix

     

    上图展示了block和thread索引，矩阵坐标以及线性地址之间的关系，谨记，相邻的thread拥有连续的threadIdx.x，也就是索引为(0,0)(1,0)(2,0)(3,0)...的thread连续，而不是(0,0)(0,1)(0,2)(0,3)...连续，跟我们线代里玩矩阵的时候不一样。

    现在可以验证出下面的关系：

    thread_id（2,1）block_id（1,0） coordinate（6,1） global index 14 ival 14

    下图显示了三者之间的关系：

     

    代码

     

    [cpp] view plain copy
     
    print?
    1. int main(int argc, char **argv) {  
    2. 　　printf("%s Starting...\n", argv[0]);  
    3. 　　// set up device  
    4. 　　int dev = 0;  
    5. 　　cudaDeviceProp deviceProp;  
    6. 　　CHECK(cudaGetDeviceProperties(&deviceProp, dev));  
    7. 　　printf("Using Device %d: %s\n", dev, deviceProp.name);  
    8. 　　CHECK(cudaSetDevice(dev));  
    9.   
    10. 　　// set up date size of matrix  
    11. 　　int nx = 1<<14;  
    12. 　　int ny = 1<<14;  
    13. 　　int nxy = nx*ny;  
    14. 　　int nBytes = nxy * sizeof(float);  
    15. 　　printf("Matrix size: nx %d ny %d\n",nx, ny);  
    16.   
    17. 　　// malloc host memory  
    18. 　　float *h_A, *h_B, *hostRef, *gpuRef;  
    19. 　　h_A = (float *)malloc(nBytes);  
    20. 　　h_B = (float *)malloc(nBytes);  
    21. 　　hostRef = (float *)malloc(nBytes);  
    22. 　　gpuRef = (float *)malloc(nBytes);  
    23. 　　  
    24. 　　// initialize data at host side  
    25. 　　double iStart = cpuSecond();  
    26. 　　initialData (h_A, nxy);  
    27. 　　initialData (h_B, nxy);  
    28. 　　double iElaps = cpuSecond() - iStart;  
    29. 　　memset(hostRef, 0, nBytes);  
    30. 　　memset(gpuRef, 0, nBytes);  
    31.   
    32. 　　// add matrix at host side for result checks  
    33. 　　iStart = cpuSecond();  
    34. 　　sumMatrixOnHost (h_A, h_B, hostRef, nx,ny);  
    35. 　　iElaps = cpuSecond() - iStart;  
    36.   
    37. 　　// malloc device global memory  
    38. 　　float *d_MatA, *d_MatB, *d_MatC;  
    39. 　　cudaMalloc((void **)&d_MatA, nBytes);  
    40. 　　cudaMalloc((void **)&d_MatB, nBytes);  
    41. 　　cudaMalloc((void **)&d_MatC, nBytes);  
    42. 　　  
    43. 　　// transfer data from host to device  
    44. 　　cudaMemcpy(d_MatA, h_A, nBytes, cudaMemcpyHostToDevice);  
    45. 　　cudaMemcpy(d_MatB, h_B, nBytes, cudaMemcpyHostToDevice);  
    46.   
    47. 　　// invoke kernel at host side  
    48. 　　int dimx = 32;  
    49. 　　int dimy = 32;  
    50. 　　dim3 block(dimx, dimy);  
    51. 　　dim3 grid((nx+block.x-1)/block.x, (ny+block.y-1)/block.y);  
    52. 　　iStart = cpuSecond();  
    53. 　　sumMatrixOnGPU2D <<< grid, block >>>(d_MatA, d_MatB, d_MatC, nx, ny);  
    54. 　　cudaDeviceSynchronize();  
    55. 　　iElaps = cpuSecond() - iStart;  
    56. 　　printf("sumMatrixOnGPU2D <<<(%d,%d), (%d,%d)>>> elapsed %f sec\n", grid.x,  
    57. 　　grid.y, block.x, block.y, iElaps);  
    58.   
    59. 　　// copy kernel result back to host side  
    60. 　　cudaMemcpy(gpuRef, d_MatC, nBytes, cudaMemcpyDeviceToHost);  
    61.   
    62. 　　// check device results  
    63. 　　checkResult(hostRef, gpuRef, nxy);  
    64. 　　  
    65. 　　// free device global memory  
    66. 　　cudaFree(d_MatA);  
    67. 　　cudaFree(d_MatB);  
    68. 　　cudaFree(d_MatC);  
    69.   
    70. 　　// free host memory  
    71. 　　free(h_A);  
    72. 　　free(h_B);  
    73. 　　free(hostRef);  
    74. 　　free(gpuRef);  
    75.   
    76. 　　// reset device  
    77. 　　cudaDeviceReset();  
    78. 　　return (0);  
    79. }  
    int main(int argc, char **argv) {
　　printf("%s Starting...\n", argv[0]);
　　// set up device
　　int dev = 0;
　　cudaDeviceProp deviceProp;
　　CHECK(cudaGetDeviceProperties(&deviceProp, dev));
　　printf("Using Device %d: %s\n", dev, deviceProp.name);
　　CHECK(cudaSetDevice(dev));

　　// set up date size of matrix
　　int nx = 1<<14;
　　int ny = 1<<14;
　　int nxy = nx*ny;
　　int nBytes = nxy * sizeof(float);
　　printf("Matrix size: nx %d ny %d\n",nx, ny);

　　// malloc host memory
　　float *h_A, *h_B, *hostRef, *gpuRef;
　　h_A = (float *)malloc(nBytes);
　　h_B = (float *)malloc(nBytes);
　　hostRef = (float *)malloc(nBytes);
　　gpuRef = (float *)malloc(nBytes);
　　
　　// initialize data at host side
　　double iStart = cpuSecond();
　　initialData (h_A, nxy);
　　initialData (h_B, nxy);
　　double iElaps = cpuSecond() - iStart;
　　memset(hostRef, 0, nBytes);
　　memset(gpuRef, 0, nBytes);

　　// add matrix at host side for result checks
　　iStart = cpuSecond();
　　sumMatrixOnHost (h_A, h_B, hostRef, nx,ny);
　　iElaps = cpuSecond() - iStart;

　　// malloc device global memory
　　float *d_MatA, *d_MatB, *d_MatC;
　　cudaMalloc((void **)&d_MatA, nBytes);
　　cudaMalloc((void **)&d_MatB, nBytes);
　　cudaMalloc((void **)&d_MatC, nBytes);
　　
　　// transfer data from host to device
　　cudaMemcpy(d_MatA, h_A, nBytes, cudaMemcpyHostToDevice);
　　cudaMemcpy(d_MatB, h_B, nBytes, cudaMemcpyHostToDevice);

　　// invoke kernel at host side
　　int dimx = 32;
　　int dimy = 32;
　　dim3 block(dimx, dimy);
　　dim3 grid((nx+block.x-1)/block.x, (ny+block.y-1)/block.y);
　　iStart = cpuSecond();
　　sumMatrixOnGPU2D <<< grid, block >>>(d_MatA, d_MatB, d_MatC, nx, ny);
　　cudaDeviceSynchronize();
　　iElaps = cpuSecond() - iStart;
　　printf("sumMatrixOnGPU2D <<<(%d,%d), (%d,%d)>>> elapsed %f sec\n", grid.x,
　　grid.y, block.x, block.y, iElaps);

　　// copy kernel result back to host side
　　cudaMemcpy(gpuRef, d_MatC, nBytes, cudaMemcpyDeviceToHost);

　　// check device results
　　checkResult(hostRef, gpuRef, nxy);
　　
　　// free device global memory
　　cudaFree(d_MatA);
　　cudaFree(d_MatB);
　　cudaFree(d_MatC);

　　// free host memory
　　free(h_A);
　　free(h_B);
　　free(hostRef);
　　free(gpuRef);

　　// reset device
　　cudaDeviceReset();
　　return (0);
}

     

     

    编译运行：

     

    [cpp] view plain copy
     
    print?
    1. $ nvcc -arch=sm_20 sumMatrixOnGPU-2D-grid-2D-block.cu -o matrix2D  
    2. $ ./matrix2D  
    $ nvcc -arch=sm_20 sumMatrixOnGPU-2D-grid-2D-block.cu -o matrix2D
$ ./matrix2D

     

     

    输出：

     

    [cpp] view plain copy
     
    print?
    1. ./a.out Starting...  
    2. Using Device 0: Tesla M2070  
    3. Matrix size: nx 16384 ny 16384  
    4. sumMatrixOnGPU2D <<<(512,512), (32,32)>>> elapsed 0.060323 sec  
    5. Arrays match.  
    ./a.out Starting...
Using Device 0: Tesla M2070
Matrix size: nx 16384 ny 16384
sumMatrixOnGPU2D <<<(512,512), (32,32)>>> elapsed 0.060323 sec
Arrays match.

     

     

    接下来，我们更改block配置为32x16，重新编译，输出为：

    sumMatrixOnGPU2D <<<(512,1024), (32,16)>>> elapsed 0.038041 sec

    可以看到，性能提升了一倍，直观的来看，我们会认为第二个配置比第一个多了一倍的block所以性能提升一倍，实际上也确实是因为block增加了。但是，如果你继续增加block的数量，则性能又会降低：

    sumMatrixOnGPU2D <<< (1024,1024), (16,16) >>> elapsed 0.045535 sec

    下图展示了不同配置的性能;

     

    关于性能的分析将在之后的博文中总结，现在只是了解下，本文在于掌握线程组织的方法。

posted @ 2017-09-08 15:58  xsc906476903  阅读(110)  评论(0)  编辑  收藏  举报