将工作分配到更多线程需要更多时间，为什么？

我有一个小的C程序，它使用monte-carlo -simulation计算pi，基本上，它只是测试随机点[x，y]是在圆内还是在圆外。

要近似pi，我必须使用大量样本n，它们的正比例复杂度为O（n）。因此，尝试计算大量样本n时，我实现了POSIX线程api以使计算能力并行化。

我的代码如下所示：

pthread_t worker[nthreads]; /* creates workers for each thread */
struct param aparam[nthreads]; /* struct param{ long* hits; long rounds; }; */
long nrounds = nsamples / nthreads; /* divide samples to subsets of equal rounds per thread */

for (int i = 0; i < nthreads; ++i) { /* loop to create threads */
    aparam[i].hits = 0;
    aparam[i].rounds = nrounds;
    pthread_create(&worker[i], NULL, calc_pi, &aparam[i]); /* calls calc_pi(void* vparam){}  */ 
}

long nhits = 0;
for (int j = 0; j < nthreads; ++j) { /* collects results */
    pthread_join(worker[j], NULL);
    nhits += (long)aparam[j].hits; /* counts hits inside the cicrle */
}

这是每个线程在做的事情：

void* calc_pi(void* vparam)
{ /* counts hits inside a circle */
    struct param *iparam;
    iparam = (struct param *) vparam;
    long hits = 0;
    float x, y, z;
    for (long i = 0; i < iparam->rounds; ++i) {
        x = (float)rand()/RAND_MAX;
        y = (float)rand()/RAND_MAX;
        z = x * x + y * y;
        if (z <= 1.f) /* circle radius of 1 */
            ++hits;
    }
    iparam->hits = (long*)hits;
    return NULL;
}

现在我有一个奇怪的发现。在具有相同样本集n和线程数量i的情况下，此程序将花费更多的时间而不是更少的时间。

以下是一些平均运行时间（可重现）：

-------------------------------------------------
| Threads[1] | Samples[1] | Rounds[1] | Time[s] |
-------------------------------------------------
|        32  |  268435456 |   8388608 |    118  |
|        16  |  268435456 |  16777216 |    106  |
|         8  |  268435456 |  33554432 |    125  |
|         4  |  268435456 |  67108864 |    152  |
|         2  |  268435456 | 134217728 |     36  |
|         1  |  268435456 | 268435456 |     15  |
-------------------------------------------------

例如，为什么两个线程执行相同的工作要比一个线程花费更多的时间？我的假设是，将工作划分为两个线程可以将时间至少减少50％。

符合GCC 4.9.1和以下标志：

gcc -O2 -std=gnu11 -pthread pipa.c -lpthread -o pipa

我的硬件是双核Intel Xeon E5520（2个处理器，每个4核）@ 2.26 GHz，禁用超线程，运行带有2.6.18内核的科学linux。

有任何想法吗？