Параллельное программирование с использованием OpenMP. Антонов (2009) (1186030)
Текст из файла
А.С. АНТОНОВПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕС ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИOpenMPИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА2009Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваНаучно-исследовательский вычислительный центрА.С. АнтоновПараллельное программированиес использованием технологииOpenMPИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА2009УДК 681.3.06ББК 22.20А72Рецензенты:зам. директора НИВЦ МГУ, член-корреспондент РАН Вл.В. Воеводин,зав. кафедрой механико-математического факультета МГУ, членкорреспондент РАН Ю.В. Нестеренко.Антонов А.С.А72Параллельное программирование с использованием технологииOpenMP: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГУ, 2009. – 77 с.ISBN 978-5-211-05702-9Учебное пособие предназначено для освоения практического курса параллельного программирования с использованием технологии OpenMP.
В настоящеевремя технология OpenMP является основным средством программирования длякомпьютеров с общей памятью. Книга включает в себя описание большинства основных директив, функций и переменных окружения стандарта OpenMP 3.0 с примерами их применения, а также практические сведения, которые могут потребоваться при написании реальных программ. Некоторые детали описания стандартаопускаются для простоты изложения и восприятия материала. Описание ведётся сиспользованием вызовов процедур OpenMP из программ на языках Си и Фортран.Приводятся примеры небольших законченных параллельных программ, тексты которыхдоступнывсетиИнтернетнастраницеhttp://parallel.ru/tech/tech_dev/OpenMP/examples/.
В конце разделов приводятся контрольные вопросы и задания, которые можно использовать в процессе обучения.Для студентов, аспирантов и научных сотрудников, чья деятельность связана с параллельными вычислениями.УДК 681.3.06ББК 22.20ISBN 978-5-211-05702-9© Антонов А.С., 2009© НИВЦ МГУ, 2009СодержаниеАлфавитный указатель по директивам, функциям, опциям и переменнымокружения OpenMP................................................................................................. 4Директивы.............................................................................................................
4Опции .................................................................................................................... 4Функции................................................................................................................ 4Переменные окружения ...................................................................................... 5Введение...................................................................................................................
6Основные понятия................................................................................................... 8Компиляция программы...................................................................................... 8Модель параллельной программы ..................................................................... 9Директивы и функции ....................................................................................... 10Выполнение программы....................................................................................
11Замер времени .................................................................................................... 11Задания................................................................................................................ 12Параллельные и последовательные области ...................................................... 14Директива parallel ....................................................................................... 14Сокращённая запись .......................................................................................... 17Переменные среды и вспомогательные функции .......................................... 17Директива single............................................................................................
24Директива master............................................................................................ 27Задания................................................................................................................ 28Модель данных...................................................................................................... 29Задания................................................................................................................ 35Распределение работы .......................................................................................... 36Низкоуровневое распараллеливание ............................................................... 36Параллельные циклы.........................................................................................
37Параллельные секции........................................................................................ 47Директива workshare..................................................................................... 52Задачи (tasks) .................................................................................................. 53Задания................................................................................................................
54Синхронизация ...................................................................................................... 55Барьер.................................................................................................................. 55Директива ordered ......................................................................................... 56Критические секции .......................................................................................... 57Директива atomic............................................................................................ 59Замки67 ................................................................................................................... 61Директива flush .............................................................................................. 66Задания................................................................................................................
66Дополнительные переменные среды и функции ............................................... 68Использование OpenMP ....................................................................................... 71Примеры программ ............................................................................................... 73Литература ............................................................................................................. 763Алфавитный указатель по директивам, функциям, опциям и переменным окружения OpenMPДирективыatomicbarriercriticaldoend criticalend doend masterend parallelend sectionsend singleflushformasterorderedparallelsectionsectionssingletasktaskwaitthreadprivateФункции59,5557,38,57,38,27,14,48,24,6638,275614,48,47,24,535433omp_destroy_lock62,63, 64omp_destroy_nest_lock62omp_get_active_level69omp_get_ancestor_thread_num68omp_get_dynamic19omp_get_level68omp_get_max_active_levels68omp_get_max_threads20omp_get_nested23omp_get_num_procs20omp_get_num_threads36omp_get_schedule47omp_get_team_size69omp_get_thread_limit70omp_get_thread_num36omp_get_wtick12omp_get_wtime11omp_in_parallel23omp_init_lock61,63, 64omp_init_nest_lock61omp_set_dynamic19omp_set_lock62,63omp_set_max_active_levels68omp_set_nest_lock62omp_set_nested21omp_set_num_threads17omp_set_schedule46omp_test_lock64omp_test_nest_lock64omp_unset_lock62,63, 64omp_unset_nest_lock62605841, 43, 445941, 43, 442815, 16492640, 42, 4415, 164948, 4925, 26Опцииcollapsecopyincopyprivatedefaultfirstprivate48, 53iflastprivatenowaitnum_threadsorderedprivate48, 53reductionscheduleshareduntied3815,24,14,15,35265324, 32, 38,14,38,25,14,39,14,5348, 5039, 48, 52175624, 29, 38,15, 16, 38, 4838, 41, 42, 4415, 29, 30, 53534Переменные окруженияOMP_DYNAMICOMP_MAX_ACTIVE_LEVELSOMP_NESTEDOMP_NUM_THREADSOMP_SCHEDULEOMP_STACKSIZEOMP_THREAD_LIMITOMP_WAIT_POLICY18682111426970705ВведениеОдним из наиболее популярных средств программирования для компьютеровс общей памятью, базирующихся на традиционных языках программирования и использовании специальных комментариев, в настоящее время является технология OpenMP.
За основу берётся последовательная программа, а длясоздания её параллельной версии пользователю предоставляется набор директив, функций и переменных окружения. Предполагается, что создаваемаяпараллельная программа будет переносимой между различными компьютерами с разделяемой памятью, поддерживающими OpenMP API.Технология OpenMP нацелена на то, чтобы пользователь имел один вариантпрограммы для параллельного и последовательного выполнения. Однаковозможно создавать программы, которые работают корректно только в параллельном режиме или дают в последовательном режиме другой результат.Более того, из-за накопления ошибок округления результат вычислений с использованием различного количества нитей может в некоторых случаях различаться.Разработкой стандарта занимается некоммерческая организация OpenMPARB (Architecture Review Board) [1], в которую вошли представители крупнейших компаний – разработчиков SMP-архитектур и программного обеспечения.
OpenMP поддерживает работу с языками Фортран и Си/Cи++. Перваяспецификация для языка Фортран появилась в октябре 1997 года, а спецификация для языка Си/Cи++ – в октябре 1998 года. На данный момент последняя официальная спецификация стандарта – OpenMP 3.0 [3] (принята в мае2008 года).Интерфейс OpenMP задуман как стандарт для программирования на масштабируемых SMP-системах (SSMP, ccNUMA и других) в модели общей памяти(shared memory model).
В стандарт OpenMP входят спецификации набора директив компилятора, вспомогательных функций и переменных среды.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, причём количество процессоров не обязательно должно быть больше или равноколичеству потоков.POSIX-интерфейс для организации нитей (Pthreads) поддерживается практически на всех UNIX-системах, однако по многим причинам не подходит дляпрактического параллельного программирования: в нём нет поддержки языкаФортран, слишком низкий уровень программирования, нет поддержки па6раллелизма по данным, а сам механизм нитей изначально разрабатывался недля целей организации параллелизма. OpenMP можно рассматривать как высокоуровневую надстройку над Pthreads (или аналогичными библиотекаминитей); в OpenMP используется терминология и модель программирования,близкая к Pthreads, например, динамически порождаемые нити, общие и разделяемые данные, механизм «замков» для синхронизации.Согласно терминологии POSIX threads, любой UNIX-процесс состоит из нескольких нитей управления, которые имеют общее адресное пространство, норазные потоки команд и раздельные стеки.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
