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多核程序设计 OpenMP多线程编程及性能优化 2010年1月2日 编译制导语句包括: 在串行程序中加入下列结构 SPMD(Single Program Multiple Data) constructs work-sharing constructs synchronization constructs data environment constructs OpenMP编程简介 —OpenMP多线程编程基础（续2） 运行时库函数 OpenMP运行时函数库原本用以设置和获取执行环境相关的信息，它们当中也包含一系列用以同步的API。需要包含omp.h。 支持运行时对并行环境的改变和优化，给编程人员足够的灵活性来控制运行时的程序运行状况。 打破了源代码在串行和并行之间的一致性。 OpenMP应用程序在运行的时候，需要运行函数库的支持，并会获取一些环境变量来控制运行的过程。 OpenMP编程简介 —OpenMP多线程编程基础（续3） 构成OpenMP应用程序的三个组成部分： 编译指导语句 运行时函数库 环境变量 OpenMP编程简介 —使用VS2005编写OpenMP程序(续3) 在Microsoft Visual Studio .Net 2005环境下面编写OpenMP程序的必要步骤，即 1）生成Console项目； 2）配置项目，使之支持OpenMP； 3）编写代码，加入#include “omp.h”； 4）编写源程序； 5）配置环境变量OMP_NUM_THREADS，确定线程数目； 6）执行程序。 OpenMP编程技术 —循环并行化（续） 简单循环并行化 #pragma omp parallel for for（int i=0;in;i++） z[i]=x[i]+y[i]; 在编译器和运行时库的帮助下，根据环境变量的配置，OpenMP程序中循环任务被分配到相应的线程当中，各个线程相互独立，各自完成相应的任务后，整个并行程序就完成了工作。 OpenMP编程技术 —循环并行化（续2） 循环并行化编译指导语句的子句 可以包含一个或者多个子句来控制循环并行化的实际执行。 最主要的子句是数据作用域子句。 控制某一个变量在各个线程之间共享或者是某一个线程私有的。 控制线程的调度（schedule子句）， 动态控制是否并行化（if子句）， 进行同步的子句（ordered子句） 控制变量在串行部分与并行部分传递的子句（copyin子句） OpenMP编程技术 —循环并行化（续3） 循环嵌套 循环并行化编译指导语句可以加在任意一个循环之前，则对应的最近的循环语句被并行化，其它部分保持不变。 控制数据的共享属性 数据作用域子句用来确定数据的共享属性 shared用来显示定义一个变量作用域是共享的。 private用来显示定义一个变量作用域是私有的。 firstprivate对私有的变量进行初始化的操作 lastprivate对私有的变量进行最后终结的操作。 default语句用来改变变量的默认私有属性。 （在C/C++里面没有，在Fortran里面有 ） OpenMP编程技术 —循环并行化（续4） 规约操作的并行化 一类经常需要并行化的计算是规约操作 只需在变量前指明规约操作的类型以及规约的变量。 子句：reduction（+:a,b） 数据相关性与并行化操作 为了将一个循环并行化，而不影响程序的正确性，需要仔细检查程序使得程序在并行化之后，两个线程之间不能够出现数据竞争。 当然，有时候根据应用的特殊需求，在能够保证得出正确结果的情况下，可以允许存在数据竞争，并将循环并行化。 在出现数据竞争的时候，我们可以通过增加适当的同步操作，或者通过程序改写来消除竞争。 OpenMP编程技术 —并行区域编程（续） 环境变量OMP_NUM_THREADS=2 #pragma omp parallel for（int i=0;i5;i++） printf（hello world i=%d\n,i）; 程序的执行结果： hello world i=0 hello world i=0 hello world i=1 hello world i=1 hello world i=2 hello world i=2 hello world i=3 hello world i=3 hello world i=4 hello world i=4 OpenMP编程技术 —并行区域编程（续3） 使用copyin子句对线程私有的全局变量进行初始化。 OpenMP编程技术 —并行区域编程（续5） 使用循环语句分配任务 OpenMP线程同步 —数据竞争 数据竞争 int i; int