13. OpenMp – идея, технология, основные понятия. Основные директивы. Пример программы.

За основу берется последовательная программа, а для создания ее параллельной версии пользователю предоставляется набор директив, процедур и переменных окружения.

Весь текст программы разбит на последовательные и параллельные области. В начальный момент времени порождается нить-мастер или "основная" нить, которая начинает выполнение программы со стартовой точки. Нити - легковесные процессы.

Основная нить и только она исполняет все последовательные области программы. При входе в параллельную область порождаются дополнительные нити. После порождения каждая нить получает свой уникальный номер, причем нить-мастер всегда имеет номер 0. Все нити исполняют один и тот же код, соответствующий параллельной области. При выходе из параллельной области основная нить дожидается завершения остальных нитей, и дальнейшее выполнение программы продолжает только она.

В параллельной области все переменные программы разделяются на два класса: общие (SHARED) и локальные (PRIVATE). Общая переменная всегда существует лишь в одном экземпляре для всей программы и доступна всем нитям под одним и тем же именем. Объявление же локальной переменной вызывает порождение своего экземпляра данной переменной для каждой нити. Изменение нитью значения своей локальной переменной никак не влияет на изменение значения этой же локальной переменной в других нитях.

Области и классы переменных определяют идею написания параллельной программы в рамках OpenMP: некоторые фрагменты текста программы объявляется параллельными областями; именно эти области и только они исполняются набором нитей, которые могут работать как с общими, так и с локальными переменными.

Все директивы OpenMP располагаются в комментариях. Все переменные окружения и функции, относящиеся к OpenMP, начинаются с префикса OMP_ .

Директивы.

Для определения параллельных областей

!$OMP PARALLEL

< параллельный код программы >

!$OMP END PARALLEL

Необходимость порождения нитей и параллельного исполнения кода параллельной секции:

!$OMP PARALLEL IF( )

Если не выполнено, то директива не срабатывает и продолжается обработка программы в прежнем режиме.

Для распределения итераций цикла между различными нитями

!$OMP DO [опция [[,] опция]:]

!$OMP END DO ,

которая относится к идущему следом за данной директивой оператору DO.

Параллелизм на уровне независимых фрагментов:

!$OMP SECTIONS < фрагмент 1>

!$OMP SECTIONS < фрагмент 2>

!$OMP SECTIONS < фрагмент 3>

!$OMP END SECTIONS

Способ синхронизации - барьер

!$OMP BARRIER .

Все нити, дойдя до этой директивы, останавливаются и ждут пока все нити не дойдут до этой точки программы, после чего все нити продолжают работать дальше.

Выделение участка кода, который будет выполнен только нитью-мастером. Остальные нити пропускают данный участок и продолжают работу с выполнения оператора, расположенного следом за директивой END MASTER.

!$OMP CRITICAL [ () ]

...

!$OMP END CRITICAL [ (< имя_ критической_секции >) ],

Гарантии того, что в необходимые моменты времени каждая нить будет видеть единый согласованный образ памяти.

!$OMP FLUSH [ список_переменных ].

Значения всех переменных, временно хранящиеся в регистрах, будут занесены в основную память, все изменения переменных, сделанные нитями во время их работы, станут видимы остальным нитям.

Пример, расположенный в параллельной секции программы:

!$OMP DO SCHEDULE (STATIC, 2)

DO i = 1, n

DO j = 1, m

A( i, j) = ( B( i, j-1) + B( i-1, j) ) / 2.0

END DO

END DO

!$OMP END DO

В данном примере внешний цикл объявлен параллельным, причем будет использовано блочно-циклическое распределение итераций по две итерации в блоке. Относительно внутреннего цикла никаких указаний нет, поэтому он будет выполняться последовательно каждой нитью.