在OpenMP的for任务分担中,各个线程的任务划分是可以由程序员控制调整的。考虑这样一种情况,当在一个循环中每次迭代的计算量不相等时,如果根据系统默认简单的给每个线程分配相同次数的迭代量的话,会导致有些线程先执行玩,有些线程后执行完,造成CPU核的空闲,降低程序的运行效率。这种情况下就有必要人为的对各个线程的任务划分进行分配。

例如对如下的循环:

#pragma omp parallel for
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
cout << i*i << endl;
}

显然最后几次的计算量是远远大于前几次的计算量的,解决这种由于各个线程间均分迭代次数造成的负载不平衡的问题,可以通过schedule子句的使用来避免。

schedule子句的用法


使用格式:

schedule(type,size)

type表示调度类型,共有4种类型可选:

  • static
  • dynamic
  • guided
  • runtime

size参数定义了迭代次数最小的划分单位,每个线程依次分配size个迭代次数。

static静态调度


#include<iostream>
#include"omp.h" using namespace std; void main()
{
#pragma omp parallel for schedule(static,3)
for (int i = 0; i < 9; i++)
{
printf("i=%d, thread_id=%d\n", i, omp_get_thread_num());
}
system("pause");
}

输出:

从打印结果可以看出每个线程依次分配到3个连续的迭代计算。

dynamic动态调度


动态调度是动态的将迭代分配到各个线程上,可以使用size参数也可以不使用size参数,不适用size参数情况下size值默认为1,根据每个线程的完成情况每次再分配2个迭代给已完成迭代任务的线程,使用size参数则每次分配size个迭代次数。较快迭代完成的线程可能执行更多次迭代,较慢的线程执行较少的迭代,以此来解决各线程间负载分配不均衡的问题。

示例:

#include<iostream>
#include"omp.h" using namespace std; void main()
{
#pragma omp parallel for schedule(dynamic,2)
for (int i = 0; i < 12; i++)
{
printf("i=%d, thread_id=%d\n", i*i*i*i, omp_get_thread_num());
}
system("pause");
}

输出:

执行乘法运算,i比较小的时候计算量小,所以可以看到编号为0的线程执行了6次,编号为1、2和3的线程分别执行了2次。

guided调度


guided调度跟dynamic动态调度类似,是一种采用指导性的启发式自调度方法。刚开始时候每个线程会分配到较大的迭代块,之后每次分配到的迭代块会以指数级下降,直到下降到自定义的size大小,如果没有定义size,则默认为1。

runtime调度


runtime调度根据运行时的环境变量OMP_SCHEDULE来确定调度类型,最后还是会落实到schedule、dynamic和guided中的一种上来。

例如在unix系统中,可以使用setenv命令来设置OMP_SCHEDULE环境变量:

setenv OMP_SCHEDULE “dynamic, 2”

如果程序中选择runtime调度,那么上述命令设置调度类型为动态调度,动态调度的size为2。在windows环境中,可以在“系统属性|高级|环境变量”对话框中进行设置环境变量。

sections制导指令

for制导指令用于迭代计算的任务分配,sections制导指令用于非迭代计算的任务分配,sections的语法格式如下:

#pragma omp parallel sections[子句]

#include<iostream>
#include"omp.h" using namespace std; void main()
{
#pragma omp parallel sections
{
#pragma omp section
{
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
printf("i=%d, thread_id=%d\n", i, omp_get_thread_num());
}
}
#pragma omp section
{ for (int i = 0; i < 4; i++)
{
printf("j=%d, thread_id=%d\n", i, omp_get_thread_num());
}
}
}
system("pause");
}

输出:

sections语句块中一共有2个section段落,所以生成了2个线程并行执行。

single制导指令

在parallel制导指令产生的并行域中的语句,一般会默认生成4个不同的线程对相同的语句分别执行一次,如果想要其中某些操作只执行一次,可以使用single制导指令,其后的语句块只会被单个线程执行。

#include<iostream>
#include"omp.h" using namespace std; void main()
{
#pragma omp parallel
{
#pragma omp single
{
printf("single thread_id=%d\n", omp_get_thread_num());
} printf("多线程执行,thread_id=%d\n", omp_get_thread_num());
}
system("pause");
}

输出:

由single引导的语句块只执行了一次,第二个printf语句没有single指令,所以被4个不同的线程分别执行了一次。

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