OpenMP并行化实例----Mandelbrot集合并行化计算

在理想情况下，编译器使用自动并行化能够管理一切事务，使用OpenMP指令的一个优点是将并行性和算法分离，阅读代码时候无需考虑并行化是如何实现的。当然for循环是可以并行化处理的天然材料，满足一些约束的for循环可以方便的使用OpenMP进行傻瓜化的并行。

为了使用自动并行化对Mandelbrot集合进行计算，必须对代码进行内联：书中首次使用自动并行化时候，通过性能分析发现工作在线程中并未平均分配。

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#define SIZE 4000

int inSet(double ix,double iy)
{
	int iterations = 0;
	double x = ix,y = iy;
	double x2 = x*x, y2 = y*y;

	while ((x2 + y2 < 4) && (iterations < 1000))
	{
		y = 2*x*y + iy;
		x = x2 -y2 +ix;
		x2 = x*x;
		y2 = y*y;
		iterations++;
	}

	return iterations;
}

int main()
{
	int *matrix[SIZE];
	for (int i = 0; i < SIZE; i++)
	{
		matrix[i] = (int* )malloc( SIZE*sizeof(int) );
	}

#pragma omp parallel for
	for (int x = 0 ;x <SIZE; x++)
	{
		for (int y =0;y <SIZE;y++)
		{
			double xv = ((double)x -(SIZE/2)) / (SIZE/4);
			double yv = ((double)y -(SIZE/2)) / (SIZE/4);
			matrix[x][y] = inSet(xv,yv);
		}
	}

	for (int x =0; x<SIZE;x++)
	{
		for (int y =0;y<SIZE;y++)
		{
			if (matrix[x][y] == -7)
			{
				printf(" ");
			}
		}
	}

	return 0;
}

当我们看到 分形图的时候应该可以很快的理解负荷不均衡从那里产生，分形图中大部分点不在集合中，这部分点只需要少量的迭代就可以确定，但有些在集合中的点则需要大量的迭代。

当然我再一次见识到了OpenMP傻瓜化的并行操作机制，纠正工作负荷不均衡只要更改并行代码调度子句就可以了，使用动态指导调度，下面代码是增加了OpenCV的显示部分：

#include "Fractal.h"
#include <Windows.h>
#include <omp.h>

int Fractal::Iteration(Complex a, Complex c)
{
	double maxModulus = 4.0;
	int maxIter = 256;
	int iter = 0;

	Complex temp(0,0) ;

	while ( iter < maxIter && a.modulus() < maxModulus)
	{
		a = a * a ;
		a += c;
		iter++;
	}
	return iter;
}

cv::Mat Fractal::generateFractalImage(Border border, CvScalar colortab[256] )
{
	cv::Size size(500,500);

	double xScale = (border.xMax - border.xMin) / size.width;
	double yScale = (border.yMax - border.yMin) / size.height;

	cv::Mat img(size, CV_8UC3);

#pragma omp parallel for schedule(dynamic)
	for (int y=0; y<size.height; y++)
	{
		for (int x=0; x<size.width; x++)
		{
			double cx = border.xMin + x * xScale;
			double cy = border.yMin + y * yScale;

			Complex a(0.0, 0.0);
			Complex c(cx, cy);
			int nIter ;

			if (type == MANDELBROT)
			{
				nIter = Iteration(a, c);
			}
			else if (type == JUALIA)
			{
				nIter = Iteration(c, offset);
			}

			int colorIndex =  (nIter) % 255;

			cv::Vec3b color;
			color.val[0] = colortab[colorIndex].val[0];
			color.val[1] = colortab[colorIndex].val[1];
			color.val[2] = colortab[colorIndex].val[2];
			img.at<cv::Vec3b>(y,x) = color;
		}
	}

	return img;
}

#pragma omp parallel for schedule(dynamic) 子句

schedule子句：

　　schedule(type[, size])，

　　参数type是指调度的类型，可以取值为static，dynamic，guided，runtime四种值。其中runtime允许在运行时确定调度类型，因此实际调度策略只有前面三种。

　　参数size表示每次调度的迭代数量，必须是整数。该参数是可选的。当type的值是runtime时，不能够使用该参数。

动态调度dynamic

　　动态调度依赖于运行时的状态动态确定线程所执行的迭代，也就是线程执行完已经分配的任务后，会去领取还有的任务。由于线程启动和执行完的时间不确定，所以迭代被分配到哪个线程是无法事先知道的。

　　当不使用size 时，是将迭代逐个地分配到各个线程。当使用size 时，逐个分配size个迭代给各个线程。

动态调度迭代的分配是依赖于运行状态进行动态确定的，所以哪个线程上将会运行哪些迭代是无法像静态一样事先预料的。

加速结果：

1.放大加速结果

2.未加速时候的放到功能，基本是3-5倍这个水平，也就是相当于台式机cpu 的个数？本人的猜测

3.图像计算结果（未加速）

4. 动态加速结果

代码：http://download.csdn.net/detail/wangyaninglm/9516035

参考文献：

http://baike.baidu.com/view/1777568.htm?fromtitle=Mandelbrot%E9%9B%86%E5%90%88&fromid=1778748&type=syn

http://www.cnblogs.com/easymind223/archive/2013/01/19/2867620.html

戈夫. 多核应用编程实战[M]. 人民邮电出版社, 2013.

http://openmp.org/mp-documents/OpenMP3.1-CCard.pdf

http://blog.csdn.net/gengshenghong/article/details/7000979