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OpenMP介绍  

2012-07-10 17:29:15|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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OpenMP(Open Multi-Processing)是由OpenMP Architecture Review Board牵头提出的,并已被广泛接受的,用于共享内存并行系统的多线程程序设计的一套指导性注释(Compiler Directive)。OpenMP支持的编程语言包括C语言C++Fortran;而支持OpenMP的编译器包括Sun StudioIntel Compiler,以及开放源码GCCOpen64编译器。OpenMP提供了对并行算法的高层的抽象描述,程序员通过在源代码中加入专用的pragma来指明自己的意图,由此编译器可以自动将程序进行并行化,并在必要之处加入同步互斥以及通信。当选择忽略这些pragma,或者编译器不支持OpenMP时,程序又可退化为通常的程序(一般为串行),代码仍然可以正常运作,只是不能利用多线程来加速程序执行。

OpenMP提供的这种对于并行描述的高层抽象降低了并行编程的难度和复杂度,这样程序员可以把更多的精力投入到并行算法本身,而非其具体实现细节。对基于数据分集的多线程程序设计,OpenMP是一个很好的选择。同时,使用OpenMP也提供了更强的灵活性,可以较容易的适应不同的并行系统配置。线程粒度和负载平衡等是传统多线程程序设计中的难题,但在OpenMP中,OpenMP库从程序员手中接管了部分这两方面的工作。

OpenMP语法

#pragma omp <directive> [clause[[,] clause] ...]

在 omp parallel 段内的程序代码由多线程来执行:

int main(int argc, char* argv[])

{

#pragma omp parallel

printf("Hello, world.\n");

 

return 1;

}

执行结果

% gcc omp.c (由單線程來執行)

% ./a.out

Hello, world.

 

% gcc -fopenmp omp.c (由多線程來執行)

% ./a.out

Hello, world.

Hello, world.

Hello, world.

Hello, world.

环境变量

OpenMP可以使用环境变量 OMP_NUM_THREADS以控制执行线程的数量。举例如下:

% gcc -fopenmp omp.c

% setenv OMP_NUM_THREADS 2(由2線程來執行)

% ./a.out

Hello, world.

Hello, world.

其他

作为高层抽象,OpenMP并不适合需要复杂的线程间同步和互斥的场合。 OpenMP的另一个缺点是不能在非共享内存系统(如计算机集群)上使用。


       在数据并行方面,使用OpenMP的相当容易上手,而且并行的效率也颇高,这也是OpenMP在HPC领域得到广泛应用的原因。OpenMP提供三种工作量的划分与调度:静态方式、动态方式和Guided方式。我们开发人员可以根据循环迭代的工作量分布情况选择最合适的调度方式。如果工作量的分布比较固定而且均匀(每个迭代花费的时间基本相同),我们可以选择静态方式。如果工作量分布是不确定的,或者工作量非常不均衡,就需要选择另外两种调度方式了。否则,将导致多线程负载不均衡。相对来说,静态方式的开销非常小。另外两种方式在底层实现中需要维护一个队列,并提供入队、出队和派发的功能,以便将总的工作量分块并入队,然后派发给空闲线程。因此,这两种方式的开销要大于静态方式的开销。
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