OpenMP

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая InternetArchiveBot (обсуждение | вклад) в 22:45, 9 сентября 2017 (Спасение 3 источников и отметка 0 мёртвыми. #IABot (v1.5.1)). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску

OpenMP (Open Multi-Processing) — открытый стандарт для распараллеливания программ на языках Си, Си++ и Фортран. Дает описание совокупности директив компилятора, библиотечных процедур и переменных окружения, которые предназначены для программирования многопоточных приложений на многопроцессорных системах с общей памятью.

Разработка

Разработку спецификации OpenMP ведут несколько крупных производителей вычислительной техники и программного обеспечения, чья работа регулируется некоммерческой организацией, называемой OpenMP Architecture Review Board (ARB) [1].

Первая версия появилась в 1997 году, предназначалась для языка Fortran. Для С/С++ версия разработана в 1998 году. В 2008 году вышла версия OpenMP 3.0.

Введение

OpenMP реализует параллельные вычисления с помощью многопоточности, в которой «главный» (master) поток создает набор подчиненных (slave) потоков и задача распределяется между ними. Предполагается, что потоки выполняются параллельно на машине с несколькими процессорами (количество процессоров не обязательно должно быть больше или равно количеству потоков).

Задачи, выполняемые потоками параллельно, также как и данные, требуемые для выполнения этих задач, описываются с помощью специальных директив препроцессора соответствующего языка — прагм. Например, участок кода на языке Fortran, который должен исполняться несколькими потоками, каждый из которых имеет свою копию переменной N, предваряется следующей директивой: !$OMP PARALLEL PRIVATE(N)

Количество создаваемых потоков может регулироваться как самой программой при помощи вызова библиотечных процедур, так и извне, при помощи переменных окружения.

Ключевые элементы

Ключевыми элементами OpenMP являются

  • конструкции для создания потоков (директива parallel),
  • конструкции распределения работы между потоками (директивы DO/for и section),
  • конструкции для управления работой с данными (выражения shared и private для определения класса памяти переменных),
  • конструкции для синхронизации потоков (директивы critical, atomic и barrier),
  • процедуры библиотеки поддержки времени выполнения (например, omp_get_thread_num),
  • переменные окружения (например, OMP_NUM_THREADS).

Примеры программ

Ниже приведены примеры программ с использованием директив OpenMP:

Fortran 77

В этой программе на языке Fortran создается заранее неизвестное число потоков (оно определяется переменной окружения OMP_NUM_THREADS перед запуском программы), каждый из которых выводит приветствие вместе со своим номером. Главный поток (имеющий номер 0) также выводит общее число потоков, но только после того, как все они «пройдут» директиву BARRIER.

Код программы
      PROGRAM HELLO
      INTEGER ID, NTHRDS
      INTEGER OMP_GET_THREAD_NUM, OMP_GET_NUM_THREADS
C$OMP PARALLEL PRIVATE(ID)
      ID = OMP_GET_THREAD_NUM()
      PRINT *, 'HELLO WORLD FROM THREAD', ID
C$OMP BARRIER
      IF ( ID .EQ. 0 ) THEN
        NTHRDS = OMP_GET_NUM_THREADS()
        PRINT *, 'THERE ARE', NTHRDS, 'THREADS'
      END IF
C$OMP END PARALLEL
      END

C

В этой программе два массива (a и b) складываются параллельно десятью потоками.

Код программы
#include <stdio.h>
#include <omp.h>

#define N 100

int main(int argc, char *argv[])
{
  double a[N], b[N], c[N];
  int i;
  omp_set_dynamic(0);      // запретить библиотеке openmp менять число потоков во время исполнения
  omp_set_num_threads(10); // установить число потоков в 10

  // инициализируем массивы
  for (i = 0; i < N; i++)
  {
      a[i] = i * 1.0;
      b[i] = i * 2.0;
  }

  // вычисляем сумму массивов
#pragma omp parallel for shared(a, b, c) private(i)
   for (i = 0; i < N; i++)
     c[i] = a[i] + b[i];

  printf ("%f\n", c[10]);
  return 0;
}

Эту программу можно скомпилировать, используя gcc-4.4 и более новые с флагом -fopenmp.

Существующие реализации

OpenMP поддерживается многими современными компиляторами.

  • Компиляторы Sun Studio поддерживают официальную спецификацию — OpenMP 2.5 [2] — с улучшенной производительностью под ОС Solaris; поддержка Linux запланирована на следующий выпуск.
  • Visual C++ 2005 и 2008 поддерживает OpenMP 2.0 в редакциях Professional и Team System, 2010 - в редакциях Professional, Premium и Ultimate, 2012 - во всех редакциях [3].
  • GCC 4.2 поддерживает реализацию OpenMP в языках C/C++ и FORTRAN (на базе gfortran), а некоторые дистрибутивы (такие как Fedora Core 5 gcc) включили поддержку в свои версии GCC 4.1.
  • Intel C++ Compiler, Intel Fortran Compiler и Intel Parallel Studio поддерживают версию OpenMP 3.0, а также Intel Cluster OpenMP для программирования в системах с распределённой памятью.
  • IBM XL compiler
  • PGI (Portland group)
  • Pathscale
  • HP
  • Clang/llvm 3.7 поддерживает версию OpenMP 3.1.[4]

Пример реализации

Компиляторы Sun Studio создают отдельную процедуру из исходного кода, располагающегося под директивой parallel, а вместо самой директивы вставляют вызов процедуры __mt_MasterFunction_ библиотеки libmtsk, передавая ей адрес искусственно созданной. Таким образом, разделяемые (shared) данные могут быть переданы последней по ссылке, а собственные (private) объявляются внутри этой процедуры, оказываясь независимыми от своих копий в других потоках.

Процедура __mt_MasterFunction_ создает группу потоков (количеством 9 в приведенном выше примере на языке C), которые будут выполнять код конструкции parallel, а вызвавший её поток становится главным в группе. Затем главный поток организовывает работу подчиненных потоков, после чего начинает выполнять пользовательский код сам. Когда код будет выполнен, главный поток вызывает процедуру _mt_EndOfTask_Barrier_, синхронизирующую его с остальными.

Инструменты

См. также

Примечания

  1. ↑ Официальный сайт OpenMP Architecture Review Board
  2. ↑ 1. Introducing the OpenMP API (Sun Studio 12: OpenMP API User’s Guide) — Sun Microsystems
  3. ↑ Visual C++ Editions
  4. ↑ OpenMP.org  » Blog Archive  » Clang 3.7 will have full OpenMP 3.1 support. openmp.org. Дата обращения: 3 сентября 2015.

Ссылки

  • openmp.org — официальный сайт OpenMP
Intel Software Network Устаревший синтаксис шаблона: пишите {{ref|lang}} вместо {{ref-lang}}.
viva64.com Устаревший синтаксис шаблона: пишите {{ref|lang}} вместо {{ref-lang}}.
Другие источники


Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=OpenMP&oldid=87541546