Немнюгин С.А. Средства программирования для многопроцессорных вычислительных систем
Подождите немного. Документ загружается.
21
h = 1.0 / N;
#pragma omp parallel shared(h)
{
#pragma omp for private(x) reduction(+:sum)
for (i = 0; i < N; i++) {
x = h * (i + 0.5);
sum = sum + f(x);
}
}
printf("PI = %f\n", sum / N);
}
Директивы OpenMP
Далее
приводится
перечень
директив
OpenMP.
Описания
директив
OpenMP
ориентированы
на
спецификацию
версии
2.5.
parallel
…
end parallel
Задает
границы
параллельной
секции
программы
.
С
данной
директивой
могут
использоваться
следующие
операторы
(
их
описание
дается
далее
):
•
private
;
•
shared
;
•
default;
•
firstprivate
;
•
reduction
;
•
if
;
•
copyin
;
•
num_threads
.
do
цикл do
end do
#pragma omp for
цикл for
Задает
границы
цикла
,
исполняемого
в
параллельном
режиме
в
языках
Fortran
и
C
соответственно
.
С
данной
директивой
могут
использоваться
следующие
операторы
:
•
private
;
•
firstprivate
;
22
•
lastprivate
;
•
reduction
;
•
schedule
;
•
ordered;
•
nowait
.
sections
…
end sections
Обрамляет
параллельную
секцию
программы
.
Вложенные
секции
программы
,
задаваемые
директивами
section
,
распределяются
между
нитями
.
С
данной
директивой
могут
использоваться
следующие
операторы
:
•
private
;
•
firstprivate
;
•
lastprivate
;
•
reduction
;
•
nowait
.
section
Определяет
часть
sections
,
которая
выполняется
одной
нитью
.
single
…
end single
Обрамляет
блок
программы
,
который
должен
выполняться
одной
нитью
.
С
данной
директивой
могут
использоваться
следующие
операторы
:
•
private
;
•
firstprivate
;
•
copyprivate
;
•
nowait
.
workshare
…
end workshare
Делит
блок
на
части
,
выполнение
которых
распределяется
между
нитями
таким
образом
,
что
каждая
часть
выполняется
один
раз
.
Блок
может
содержать
только
следующие
конструкции
:
•
присваивания
массивов
;
•
скалярные
присваивания
;
•
FORALL
;
•
WHERE
;
•
atomic
;
23
•
critical
;
•
parallel
.
parallel do
цикл do
end parallel do
Объединяет
директивы
parallel
и
do
.
parallel sections
…
end parallel sections
Объединяет
директивы
parallel
и
sections
.
parallel workshare
…
end parallel workshare
Объединяет
директивы
parallel
и
workshare
.
master
…
end master
Обрамляет
блок
программы
,
который
должен
выполняться
только
главной
нитью
.
critical[(блокировка)]
…
end critical[(блокировка)]
Обрамляет
блок
программы
,
доступ
к
которому
в
любой
момент
времени
может
получить
только
одна
нить
(
критическая
секция
).
Блокировка
–
необязательное
имя
критической
секции
.
Квадратные
скобки
указывают
,
что
имя
не
является
обязательным
и
может
быть
опущено
.
barrier
Директива
барьерной
синхронизации
нитей
.
Каждая
нить
,
выполнение
которой
достигло
данной
точки
,
приостанавливает
свое
выполнение
до
тех
пор
,
пока
все
нити
не
достигнут
данной
точки
.
atomic
Объявляет
операцию
атомарной
(
при
выполнении
атомарной
операции
одновременный
доступ
к
памяти
по
записи
разных
нитей
запрещен
).
Применяется
только
к
оператору
,
непосредственно
следующему
после
данной
директивы
.
Он
может
иметь
следующий
вид
:
24
•
x = x {+|-|*|/|.AND.|.OR.|.EQV.|.NEQV.}
скалярное_выражение_не_содержащее_x
•
x = скалярное_выражение_не_содержащее_x {+|-
|*|/|.AND.|.OR.|.EQV.|.NEQV.} x
•
x = {MAX|MIN|IAND|IOR|IEOR} (x,
скалярное_выражение_не_содержащее_x)
•
x = {MAX|MIN|IAND|IOR|IEOR}
(скалярное_выражение_не_содержащее_x, x)
flush[(список переменных)]
Данная
директива
задает
точку
синхронизации
,
в
которой
значения
переменных
,
указанных
в
списке
и
видимых
из
данной
нити
,
записываются
в
память
.
Этим
обеспечивается
согласование
содержимого
памяти
,
доступного
разным
нитям
.
ordered
…
end ordered
Обеспечивает
сохранение
того
порядка
выполнения
итераций
цикла
,
который
соответствует
последовательному
выполнению
программы
.
threadprivate(список common-блоков)
Определяет
common-
блоки
,
перечисленные
в
списке
,
локальными
.
Операторы OpenMP
Операторы
OpenMP
используются
совместно
с
директивами
.
private(список переменных)
Объявляет
переменные
из
списка
локальными
.
firstprivate(список переменных)
Объявляет
переменные
из
списка
локальными
и
инициализирует
их
значениями
из
блока
программы
,
предшествующего
данной
директиве
.
lastprivate(список переменных)
Объявляет
переменные
из
списка
локальными
и
назначает
им
значения
из
того
блока
программы
,
который
был
выполнен
последним
.
copyprivate(список переменных)
После
завершения
выполнения
блока
,
заданного
директивой
single
,
значения
локальных
переменных
из
списка
распределяются
между
остальными
нитями
.
25
nowait
Отменяет
барьерную
синхронизацию
при
завершении
выполнения
параллельной
секции
.
shared(список переменных)
Объявляет
переменные
из
списка
общими
для
всех
нитей
.
default(private|shared|none)
Данный
оператор
позволяет
изменить
правила
определения
области
видимости
переменных
,
действующие
по
умолчанию
.
Вариант
private
используется
только
в
языке
Fortran.
reduction(операция|встроенная функция: список переменных)
Оператор
приведения
(
редукции
)
значений
локальных
переменных
из
списка
с
помощью
указанной
операции
или
встроенной
функции
языка
.
Операция
редукции
применяется
к
нескольким
значениям
и
возвращает
одно
значение
.
if(скалярное логическое выражение)
Условный
оператор
.
num_threads(скалярное целое выражение)
Задает
количество
нитей
.
Альтернативный
способ
задания
количества
нитей
обеспечивает
переменная
окружения
OMP_NUM_THREADS
.
schedule(характер_распределения_итераций[,
количество_итераций_цикла])
Данный
оператор
задает
способ
распределения
итераций
цикла
между
нитями
:
•
static
–
количество
итераций
цикла
,
передаваемых
для
выполнения
каждой
нити
фиксировано
и
распределяется
между
нитями
по
принципу
кругового
планирования
.
Если
количество
итераций
не
указано
,
оно
полагается
равным
1;
•
dynamic
–
количество
итераций
цикла
,
передаваемых
для
выполнения
каждой
нити
фиксировано
.
Очередная
«
порция
»
итераций
передается
освободившейся
нити
;
•
guided
–
количество
итераций
цикла
,
передаваемых
для
выполнения
каждой
нити
постепенно
уменьшается
.
Очередная
«
порция
»
итераций
передается
освободившейся
нити
;
•
runtime
–
тип
распределения
работы
определяется
во
время
выполнения
программы
,
например
,
с
помощью
переменной
окружения
OMP_SCHEDULE
.
copyin(список имен common-блоков)
При
выполнении
этого
оператора
данные
из
главной
нити
копируются
в
локальные
экземпляры
common
-
блока
в
начале
каждой
параллельной
секции
.
Имена
задаются
между
символами
«
/
».
26
Подпрограммы OpenMP
Подпрограммы, формирующие среду выполнения параллельной программы
Здесь
и
далее
вначале
приводится
интерфейс
подпрограмм
OpenMP
для
языка
C,
затем
для
языка
Fortran.
void omp_set_num_threads(int threads);
subroutine omp_set_num_threads(threads)
integer threads
Задает
количество
потоков
(
threads
)
при
выполнении
параллельных
секций
программы
.
int omp_get_num_threads(void);
integer function omp_get_num_threads()
Возвращает
количество
потоков
,
используемых
для
выполнения
параллельной
секции
.
int omp_get_max_threads(void);
integer function omp_get_max_threads()
Возвращает
максимальное
количество
потоков
,
которые
можно
использовать
для
выполнения
параллельных
секций
программы
.
int omp_get_thread_num(void);
integer function omp_get_thread_num()
Возвращает
идентификатор
нити
,
из
которой
вызывается
данная
функция
.
int omp_get_num_procs(void);
integer function omp_get_num_procs()
Возвращает
количество
процессоров
,
доступных
в
данный
момент
программе
.
int omp_in_parallel(void);
logical function omp_in_parallel()
Возвращает
значение
true
при
вызове
из
активной
параллельной
секции
программы
.
void omp_set_dynamic(int threads);
subroutine omp_set_dynamic(threads)
27
logical threads
Включает
или
отключает
возможность
динамического
назначения
количества
потоков
при
выполнении
параллельной
секции
.
По
умолчанию
эта
возможность
отключена
.
int omp_get_dynamic(void);
logical function omp_get_dynamic()
Возвращает
значение
true
,
если
динамическое
назначение
количества
потоков
разрешено
.
void omp_set_nested(int nested);
subroutine omp_set_nested(nested)
integer nested
Разрешает
или
запрещает
вложенный
параллелизм
.
По
умолчанию
вложенный
параллелизм
запрещен
.
int omp_get_nested(void);
logical function omp_get_nested()
Определяет
,
разрешен
ли
вложенный
параллелизм
.
Подпрограммы для работы с блокировками
Блокировки
используются
для
предотвращения
эффектов
,
приводящих
к
непредсказуемому
(
недетерминированному
)
поведению
программы
.
Среди
таких
эффектов
,
например
,
гонки
за
данными
,
когда
более
чем
один
поток
имеет
доступ
к
одной
и
той
же
переменной
.
void omp_init_lock(omp_lock_t *lock);
subroutine omp_init_lock(lock)
integer(kind = omp_lock_kind) :: lock
Инициализирует
блокировку
,
связанную
с
идентификатором
lock
,
для
использования
в
последующих
вызовах
подпрограмм
.
void omp_destroy_lock(omp_lock_t *lock);
subroutine omp_destroy_lock(lock)
integer(kind = omp_lock_kind) :: lock
Переводит
блокировку
,
связанную
с
идентификатором
lock
,
в
состояние
неопределенности
.
void omp_set_lock(omp_lock_t *lock);
28
subroutine omp_set_lock(lock)
integer(kind = omp_lock_kind) :: lock
Переводит
потоки
из
состояния
выполнения
в
состояние
ожидания
до
тех
пор
,
пока
блокировка
,
связанная
с
идентификатором
lock
,
не
окажется
доступной
.
Поток
становится
владельцем
доступной
блокировки
.
void omp_unset_lock(omp_lock_t *lock);
subroutine omp_unset_lock(lock)
integer(kind = omp_lock_kind) :: lock
После
выполнения
данного
вызова
поток
перестает
быть
владельцем
блокировки
,
связанной
с
идентификатором
lock
.
Если
поток
не
был
владельцем
блокировки
,
результат
вызова
не
определен
.
int omp_test_lock(omp_lock_t *lock);
logical function omp_test_lock(lock)
integer(kind = omp_lock_kind) :: lock
Возвращает
значение
«
истина
»,
если
блокировка
связана
с
идентификатором
lock
.
void omp_init_nest_lock(omp_nest_lock_t *lock);
subroutine omp_init_nest_lock(lock)
integer(kind = omp_nest_lock_kind) :: lock
Инициализирует
вложенную
блокировку
,
связанную
с
идентификатором
lock
.
void omp_destroy_nest_lock(omp_nest_lock_t *lock);
subroutine omp_destroy_nest_lock(lock)
integer(kind = omp_nest_lock_kind) :: lock
Переводит
вложенную
блокировку
,
связанную
с
идентификатором
lock
,
в
состояние
неопределенности
.
void omp_set_nest_lock(omp_nest_lock_t *lock);
subroutine omp_set_nest_lock(lock)
integer(kind = omp_nest_lock_kind) :: lock
Переводит
выполняющиеся
потоки
в
состояние
ожидания
до
тех
пор
,
пока
вложенная
блокировка
,
связанная
с
идентификатором
lock
,
не
станет
доступной
.
Поток
становится
владельцем
блокировки
.
29
void omp_unset_nest_lock(omp_nest_lock_t *lock);
subroutine omp_unset_nest_lock(lock)
integer(kind = omp_nest_lock_kind) :: lock
Освобождает
выполняющийся
поток
от
владения
вложенной
блокировкой
,
связанной
с
идентификатором
lock
.
Если
поток
не
был
владельцем
блокировки
,
результат
не
определен
.
int omp_test_nest_lock(omp_nest_lock_t *lock);
integer function omp_test_nest_lock(lock)
integer(kind = omp_nest_lock_kind) :: lock
Функция
,
позволяющая
определить
,
связана
ли
вложенная
блокировка
с
идентификатором
lock
.
Если
связана
,
возвращается
значение
счетчика
,
в
противном
случае
возвращается
значение
0.
Таймеры
Для
профилирования
OpenMP
программы
можно
использовать
таймеры
.
double omp_get_wtime(void);
double precision function omp_get_wtime()
Возвращает
время
в
секундах
,
прошедшее
с
произвольного
момента
в
прошлом
.
Точка
отсчета
остается
неизменной
в
течение
всего
времени
выполнения
программы
.
double omp_get_wtick(void);
double precision function omp_get_wtick()
Возвращает
время
в
секундах
,
прошедшее
между
последовательными
«
тиками
».
Это
время
является
мерой
точности
таймера
.
Переменные окружения OpenMP
Переменные
окружения
задаются
следующим
образом
:
•
export ПЕРЕМЕННАЯ=значение (в
среде
UNIX
)
•
set ПЕРЕМЕННАЯ=значение (в
среде
Microsoft Windows)
OMP_NUM_THREADS
Задает
количество
нитей
при
выполнении
параллельных
секций
программы
.
OMP_SCHEDULE
Задает
способ
распределения
итераций
циклов
между
нитями
.
Возможные
значения
:
•
static
;
•
dynamic
;
30
•
guided
.
Количество
итераций
(
необязательный
параметр
)
указывается
после
одного
из
этих
ключевых
слов
,
отделяясь
от
него
запятой
,
например
:
export OMP_SCHEDULE=”static, 10”
OMP_DYNAMIC
Если
этой
переменной
присвоено
значение
false
,
динамическое
распределение
итераций
циклов
между
нитями
запрещено
,
если
true
–
разрешено
.
OMP_NESTED
Если
этой
переменной
присвоено
значение
false
,
вложенный
параллелизм
запрещен
,
если
true
–
разрешен
.