OpenMP 參考 （指令格式）

OpenMP 指令格式

C / C++ 指令格式

格式:

#pragma omp	directive-name	[clause, ...]	newline
OpenMP C/C++ 指令都需要.	有效OpenMP 指令. 必須在pragma指令後，在 clauses指令前。	可選. 除非有另外的限制，子句可以任意順序, 根據需要重複。	必需. 位于被這個指令包圍的結構塊之前。

示例:

#pragma omp parallel default(shared) private(beta,pi)

規則:

• 區分大小寫
• 指令遵守C/C++編譯器指令标準
• 每條指令隻能有一個指令名稱
• 每條指令适用于最少一條被結構塊包圍的語句
• 常指令可以在一條指令行結束後，用"/"連接配接

Fortran 指令格式

格式: (不區分大小寫)

sentinel	directive-name	[clause ...]
所有的Fortan OpenMP指令必須以哨兵開始。 接受的哨兵依賴于Fortan源程式。可能的形式：     !$OMP     C$OMP     *$OMP	有效OpenMP指令，必須在哨兵和子句之間。	可選.除非有另外的限制，子句可以任意順序, 根據需要重複。

示例:

!$OMP PARALLEL DEFAULT(SHARED) PRIVATE(BETA,PI)

固定格式源:

• !$OMP C$OMP *$OMP 作為接受的哨兵，必須出現在第一列 
• 所有Fortan的固定規則，比如行長度，空格，繼續，注釋等，對整條指令都适合 
• 初始指令行必須在第六列包含一個空格/0
• 接下來的指令行在第六列必須包含一個非空格/0 

自由格式源:

• !$OMP 是唯一的接受哨兵. 可以出現在任何列，但必須前面隻能有空格 
• 所有Fortan的自由規則，比如行長度，空格，繼續，注釋等，對整條指令都适合 
• 初始指令行之後必須有個空格
• 後續行的每一行，最後都必須有個作為非空白字元的符号

規則:

• 注釋不能作為指令出現在同一行
• 每條指令隻能指定一個指令名稱
• 啟用了OpenMP的Fortran編譯器通常包含一條指令行選項，用來訓示編譯器激活并解釋所有的OpenMP指令 
• 幾個Fortran OpenMP指令成對出現,格式如下所示. "end"是可選的,但為了提高可讀性,建議不要省略.

!$OMP  directive     [ structured block of code ] !$OMP end  directive

OpenMP 指令

指令作用域

不羅嗦了...

靜态範圍:

• 代碼由一條OpenMP的指令開頭，寫在一個結構塊的開始和結束之間
• 指令的靜态範圍不能跨越多個例程或代碼檔案

孤立指令:

• 看起來和另外一個包圍指令沒有關系的指令被稱為孤立指令。 它存在于另外一個指令的靜态範圍之外。
• 跨越多個例程（也許是代碼檔案）

Dynamic Extent動态範圍:

• 指令的動态範圍包括它的靜态範圍以及孤立指令範圍.

Example:

PROGRAM TEST       ... !$OMP PARALLEL       ... !$OMP DO       DO I=...       ...       CALL SUB1       ...       ENDDO       ...       CALL SUB2       ... !$OMP END PARALLEL	SUBROUTINE SUB1       ... !$OMP CRITICAL       ... !$OMP END CRITICAL       END       SUBROUTINE SUB2       ... !$OMP SECTIONS       ... !$OMP END SECTIONS       ...       END
靜态範圍  并行區域内的DO 指令	孤立指令  并行區域外的CRITICAL 和SECTIONS 指令
動态範圍  CRITICAL 和SECTIONS 指令在DO 和PARALLEL 指令的動态範圍内.

為什麼這一點很重要?

• OpenMP 制定了一系列關于指令關聯（綁定）與嵌套的範圍規則
• 如果OpenMP的綁定與嵌套規則被忽略，可能導緻程式非法或不正确
• 有關細節請參考Directive Binding and Nesting Rules 

并行區域結構

作用:

• 并行區域是一塊能被多個線程執行的代碼。下面是基本的OpenMP并行結構：

格式:

Fortran

!$OMP PARALLEL [clause ...]                IF (scalar_logical_expression)                PRIVATE (list)                SHARED (list)                DEFAULT (PRIVATE | FIRSTPRIVATE | SHARED | NONE)                FIRSTPRIVATE (list)                REDUCTION (operator: list)                COPYIN (list)                NUM_THREADS (scalar-integer-expression)    block !$OMP END PARALLEL

C/C++

#pragma omp parallel [clause ...]  newline                      if (scalar_expression)                      private (list)                      shared (list)                      default (shared | none)                      firstprivate (list)                      reduction (operator: list)                      copyin (list)                      num_threads (integer-expression)    structured_block

注意:

• 當線程遇到一個PARALLEL指令，它建立一組線程并成為主要者。主要者也屬于這組線程，并在組内的線程号為0
• 從這個并行區域開始，代碼被複制并被所有線程執行
• 并行區域結束時有個隐藏的關卡，隻有主要線程能在此之後繼續執行
• 并行區域内的任何線程終止都會終止所有的線程。工作不能繼續，直到這點被消除定義。

有多少線程?

• 并行區域内的線程數量是由以下因素決定的，按優先級排序：
  1.  IF 子句的值
  2.  NUM_THREADS 子句的設定
  3. 使用 omp_set_num_threads() 庫函數
  4. OMP_NUM_THREADS 環境變量
  5. 預設實作-一般是一個計算機的CPU數量，也可能是動态的(參考下節).
• 線程編号從0 (主線程) to N-1

動态線程:

• 用 omp_get_dynamic() 庫函數檢測動态線程是否被啟用.
• 如果支援動态線程，下面兩個方法可以啟用動态線程:
  1. omp_set_dynamic() 庫例程
  2. 設定 OMP_DYNAMIC 環境變量為TRUE

嵌套并行區域:

• 使用 omp_get_nested()  庫函數檢測嵌套并行區域是否被啟用.
• 如果支援嵌套并行區域，可以用下面兩個方法啟用：
  1. omp_set_nested() 庫例程
  2. 設定OMP_NESTED 環境變量為TRUE
• 如果不支援，嵌套并行區域預設将生成一個由單個線程組成的新組。

子句:

• IF 子句:如果存在,值必須為 .TRUE. (Fortran) 或者非零(C/C++) 以使能建立一組線程. 否則，此區域将被主線程串行執行.
• 在Data Scope Attribute Clauses 章節，将詳細讨論剩下的子句.

限定:

• 一個并行區域必須是一個結構塊，不能跨越多個程式或者代碼檔案
• 進入或者離開一個并行區域的分支都是非法的
• 隻允許一個IF子句
• 隻允許一個NUM_THREADS子句

Example: Parallel Region

• "Hello World" 程式
  • 每一個線程都執行了并行區域的全部代碼
  • OpenMP 庫例程用來獲得線程辨別與總線程數量

Fortran - Parallel Region Example        PROGRAM HELLO        INTEGER NTHREADS, TID, OMP_GET_NUM_THREADS,      +   OMP_GET_THREAD_NUM C     Fork a team of threads with each thread having a private TID variable !$OMP PARALLEL PRIVATE(TID) C     Obtain and print thread id       TID = OMP_GET_THREAD_NUM()       PRINT *, 'Hello World from thread = ', TID C     Only master thread does this       IF (TID .EQ. 0) THEN         NTHREADS = OMP_GET_NUM_THREADS()         PRINT *, 'Number of threads = ', NTHREADS       END IF C     All threads join master thread and disband !$OMP END PARALLEL        END

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C / C++ - Parallel Region Example #include <omp.h> main ()  { int nthreads, tid; /* Fork a team of threads with each thread having a private tid variable */ #pragma omp parallel private(tid)   {   /* Obtain and print thread id */   tid = omp_get_thread_num();   printf("Hello World from thread = %d/n", tid);   /* Only master thread does this */   if (tid == 0)     {     nthreads = omp_get_num_threads();     printf("Number of threads = %d/n", nthreads);     }   }  /* All threads join master thread and terminate */ }