OpenMP入门教程(三)
承接前面两篇,这里直接逐一介绍和使用有关OpenMP的指令和函数
Directives
1、for
作用:for指令指定紧随其后的程序的循环的迭代必须由团队并行执行,只是假设已经建立了并行区域,否则它在单个处理器上串行执行。
格式:
#pragma omp for [clause ...] newline
schedule (type [,chunk])
ordered
private (list)
firstprivate (list)
lastprivate (list)
shared (list)
reduction (operator:list)
collapse (n)
nowait for_loop
可以使用如下子句:
还可以通过Schedule子句(clause)设置for循环的并行化方法:(有关一种调度如何比其他调度更优化的讨论,请参阅http://openmp.org/forum/viewtopic.php?f=3&t=83)
- static:循环迭代被分成size chunk,然后静态的分配给各个线程,如果chunk没有被指定,则均匀地划分(如果可能)给各个线程
- dynamic:循环迭代被分成size chunk,然后动态地分配给各个线程,当一个chunk完成时,被分配另外一个chunk。默认地chunk size为1
- guided:当线程请求循环迭代时,迭代会动态地分配给块中地线程,直到没有剩余的块要被分配。与dynamic类似,不同的地方在于每次为线程分配chunk时都会变小,所以最初组中的循环体执行数目较大。初始大小与以下成正比,number_of_iterations / number_of_thread,后续块与之成比例,number_of_iterations_remaining / number_of_threads。
- runtime: 循环的并行化方式不在编译时静态确定,而是推迟到程序执行时动态地根据环境变量OMP_SCHEDULE 来决定要使用的方法。此时在子句中指定chunk_size是非法的
- auto:调度决策取决于编译器/运行时系统
nowait子句:如果指定,则线程在循环结束时不同步
ordered子句:指定必须像在串行程序中一样执行循环的迭代,可以对for的部分使用
collapse子句:指定嵌套循环中应将多少循环折叠到一个大的迭代空间中,并根据schedule子句进行划分 。折叠迭代空间中的迭代顺序被确定为顺序执行它们。可以改善表现。
其它的子句后面会做介绍
限制:
- 循环迭代变量必须是整数,并且所有线程的循环控制参数必须相同
- 程序正确性不能取决于哪个线程执行特定迭代,需要确保程序的正确性
- 从for指令关联的循环中分支是非法的
- 必须将块大小指定为循环不变整数表达式,因为在不同线程的评估期间没有同步
示例
#include <omp.h>
#define N 1000
#define CHUNKSIZE 100 main(int argc, char *argv[]) { int i, chunk;
float a[N], b[N], c[N]; /* Some initializations */
for (i=; i < N; i++)
a[i] = b[i] = i * 1.0;
chunk = CHUNKSIZE; #pragma omp parallel shared(a,b,c,chunk) private(i)
{ #pragma omp for schedule(dynamic,chunk) nowait
for (i=; i < N; i++)
c[i] = a[i] + b[i]; } /* end of parallel region */ }
2、section
作用:section是一种非迭代的工作共享结构,代码被划分成多个区域
格式:
#pragma omp sections [clause ...] newline
private (list)
firstprivate (list)
lastprivate (list)
reduction (operator: list)
nowait
{ #pragma omp section newline structured_block #pragma omp section newline structured_block }
注意:
- 除非使用nowait子句,否则sections指令结尾都有一个隐含的障碍
- 分区块里不能含有分支
示例
#include <omp.h>
#define N 1000 main(int argc, char *argv[]) { int i;
float a[N], b[N], c[N], d[N]; /* Some initializations */
for (i=; i < N; i++) {
a[i] = i * 1.5;
b[i] = i + 22.35;
} #pragma omp parallel shared(a,b,c,d) private(i)
{ #pragma omp sections nowait
{ #pragma omp section
for (i=; i < N; i++)
c[i] = a[i] + b[i]; #pragma omp section
for (i=; i < N; i++)
d[i] = a[i] * b[i]; } /* end of sections */ } /* end of parallel region */ }
3、其它的不一一介绍了,请参阅:OpenMP
Clause
前面已经介绍了几个子句,这里主要介绍数据作用域子句。
1、private
作用:private子句将其列表中的变量声明为每个线程的私有变量
格式:
private (list)
要点:
- 在组中的每个线程声明一个相同数据类型的变量
- 所有对原始变量的引用全部替换为对新变量的引用
- 被声明为private的变量应被认为未初始化
2、shared
作用:shared子句声明其列表中的变量,以便在团队中的所有线程之间共享
格式:
shared (list)
要点:
- 共享变量仅存在于一个内存位置,并且所有线程都可以读取或写入该地址
- 程序员有责任确保多个线程正确访问SHARED变量(例如通过CRITICAL部分)
3、reduction
作用:reduction子句对列表中的每个变量执行简化操作。为每个线程创建并初始化每个列表变量的私有副本。在缩减结束时,reduce变量应用于共享变量的所有私有副本,最终结果将写入全局共享变量。
格式:
reduction (operator: list)
示例:
并行循环的迭代将以相同大小的块分配给团队中的每个线程(SCHEDULE STATIC);
在并行循环结构的末尾,所有线程将添加其“result”值以更新主线程的全局副本;
#include <omp.h>
main(int argc, char *argv[]) {
int i, n, chunk;
float a[], b[], result;
/* Some initializations */
n = ;
chunk = ;
result = 0.0;
for (i=; i < n; i++) {
a[i] = i * 1.0;
b[i] = i * 2.0;
}
#pragma omp parallel for \
default(shared) private(i) \
schedule(static,chunk) \
reduction(+:result)
for (i=; i < n; i++)
result = result + (a[i] * b[i]);
printf("Final result= %f\n",result);
}
4、其它还有很多,省略
Run-time Library Routines
- OpenMP API包含越来越多的运行时库例程
- 对于C / C ++,所有运行时库例程都是实际的子例程。对于Fortran,有些实际上是函数,有些是子例程。
- 对于C / C ++,通常需要包含 <omp.h>头文件
例如:
#include <omp.h>
int omp_get_num_threads(void)
详细的函数介绍可见OpenMP入门教程(二)
Environment Variables
- OpenMP提供一些环境变量来控制并行程序的执行
- 所有的环境变量名都是大写字母,但是分配给它们的值不区分大小写
1、OMP_NUM_THREADS:设置在运行期间最大的线程数
setenv OMP_NUM_THREADS
2、OMP_DYNAMIC:启用或禁用动态调整可用于执行并行区域的线程数。有效值为TRUE或FALSE
setenv OMP_DYNAMIC TRUE
3、OMP_PROC_BIND:启用或禁用绑定到处理器的线程。有效值为TRUE或FALSE。
setenv OMP_PROC_BIND TRUE
4、OMP_STACKSIZE:控制创建(非主)线程的堆栈大小
setenv OMP_STACKSIZE 2000500B
setenv OMP_STACKSIZE“ k”
setenv OMP_STACKSIZE 10M
setenv OMP_STACKSIZE“ M”
setenv OMP_STACKSIZE“ m”
setenv OMP_STACKSIZE“1G”
setenv OMP_STACKSIZE
4、还有很多其它的,省略
注:前面的运行API也能做与环境变量一样的工作,同时使用环境变量和运行时 API 会出现什么情况?运行时 API 将获得更高的优先权。
注:这是一个简单的OpenMP的练习网站:https://computing.llnl.gov/tutorials/openMP/exercise.html
参考链接:https://computing.llnl.gov/tutorials/openMP/#Abstract
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