07.OpenMP.Dyrektywy_funkcje

Posta

dyrektyw kompilatora

#pragma omp nazwa_dyrektywy klauzula… ¶

omp

= słowo kluczowe OpenMP

…

= opcjonalne powtarzanie

= znak nowej linii

Dyrektywa

#pragma

przekazuje polecenia zale

od implementacji:

dyrektywa rozpoznana – wykonywana

nierozpoznana – ignorowana

Posta

dyrektyw kompilatora (2)

Po niektórych dyrektywach wyst

puje blok

instrukcji (lub pojedyncza instrukcja)

Blok instrukcji

w j

zyku C:

{

instrukcja1;

…

instrukcjaN;

}

Blok instrukcji w j

zyku C+OpenMP mo

e zawiera

dodatkowo konstrukcje

OpenMP

<blok_instrukcji>

Posta

dyrektyw kompilatora (3)

Konstrukcja

(ang. construct):

#pragma omp

… ¶

{

instrukcja1;

…

instrukcjaN;

}

Klauzule wsp

dzielenia danych

default (shared | none)

default(shared)

zmienne zadeklarowane

na wy

szym poziomie s

w bloku instrukcji

domy

lnie dost

pne jako zmienne

współdzielone

default(none)

nie działa domy

lny sposób

dost

pno

ci zmiennych w bloku instrukcji

Dotyczy dyrektyw:

parallel

task

Klauzule wsp

dzielenia danych (2)

shared(

lista

)

– deklaracja jednej lub wi

kszej

liczby zmiennych jako współdzielonych przez w

tki

Dotyczy dyrektyw:

parallel

task

• reduction(operator:

lista

)

–

Ŝą

danie

akumulacji warto

ci okre

lonej przez

operator

;

akumulacja zachodzi na prywatnych kopiach
zmiennych wskazanych na

liście.

Po wykonaniu

regionu zakumulowane warto

ci s

czone w

oryginalnych zmiennych. Zmienne musz

typu

skalarnego, zadeklarowane jako

shared

Klauzula

reduction

Dozwolone operatory

alternatywa logiczna

koniunkcja logiczna

alternatywa rozł

czna

alternatywa bitowa

koniunkcja bitowa

odejmowanie

mno

enie

dodawanie

Warto

ść

pocz

tkowa

Operacja

Operator

Klauzule wsp

dzielenia danych (3)

private(

lista

)

- deklaruje zmienne jako

prywatne dla w

tku, bez nadawania warto

pocz

tkowych

firstprivate(

lista

)

- deklaruje zmienne

jako prywatne dla w

tku i nadaje im warto

pocz

tkowe oryginalnych zmiennych w chwili

wej

cia do regionu

lastprivate(

lista

)

- deklaruje zmienne jako

prywatne dla w

tku i w chwili wyj

cia z

regionu kopiuje je do oryginalnych zmiennych

Klauzule kopiowania danych

copyin

(

lista

)

- kopiuje warto

zmiennych threadprivate w

tku głównego

do zmiennych threadprivate wszystkich
w

tków regionu

parallel

, przed

wej

ciem do tego regionu

copyprivate

(

lista

)

- rozgłasza warto

zmiennych threadprivate danego w

tku do

zmiennych threadprivate innych w

tków

regionu

parallel

Dotyczy dyrektywy

single

Klauzule podzia

u p

tli na fragmenty

schedule(

typ [

,chunk])

gdzie

typ

przyjmuje warto

ci:

– static

– iteracje dzieli si

na fragmenty długo

chunk

i statycznie przypisuje do w

tków. Je

li liczba

fragmentów przekracza liczb

tków, przypisanie

nast

puje wg algorytmu Round-Robin

– dynamic

- iteracje dzieli si

na fragmenty długo

chunk

i statycznie przypisuje do w

tków. Gdy w

tek

wykona swój fragment, pobiera nast

pny

– auto

– przydziału fragmentów do w

tków dokonuje

system operacyjny

chunk

– długo

ść

fragmentu; wyra

enie całkowite

Inne klauzule

num_threads(n)

- w regionie

równoległym dost

pnych b

dzie

tków

nowait

– usuni

cie domy

lnej bariery na

cu bloku instrukcji

Konstrukcja

parallel

#pragma omp parallel klauzula… ¶

<blok_instrukcji>

Semantyka: konstrukcja tworzy grup

tków i rozpoczyna

region równoległy

Klauzule:

if(

wyraŜenie skalarne

)

num_threads(

wyraŜenie typu int

)

default(shared | none)

private(

lista

)

firstprivate(

lista

)

shared(

lista

)

copyin(

lista

)

reduction(

operator

lista

)

Konstrukcja

parallel

(2)

Liczba w

tków

w regionie równoległym zale

y od:

Liczby procesorów

Klauzuli

if(0)

jeden w

tek, inaczej – wiele

Klauzuli

num_threads(n)

: n = liczba w

tków

Wywołania funkcji

omp_set_num_threads(n)

Warto

ci zmiennej

rodowiska

OMP_NUM_THREADS

Regiony równoległe mog

zagnie

one

Konstrukcje podzia

u zadania

Kontrukcja podziału zadania

(ang. Work

Sharing Construct) przypisuje odpowiednie
fragmenty kodu do istniej

cych ju

tków

– Musi zawiera

w regionie

parallel

– Nie tworzy nowych w

tków

– Wykorzystuje w

tki regionu

parallel

– Zawiera barier

na ko

– Pragma

for

– Pragma

sections

– Pragma

single

Pragma

for

#pragma omp for klauzula… ¶

<blok_instrukcji>

Semantyka: uruchamia równoległe wykonanie iteracji

zawartych w bloku

for

. Na ko

cu bloku umieszczona

jest niejawnie bariera, chyba

e podano klauzul

nowait

Klauzule:

schedule(

typ [,

chunk

])

private(

lista

)

firstprivate(

lista

)

shared(

lista

)

copyin(

lista

)

reduction(

operator

lista

)

nowait

Pragma

for

(2)

ycie:

Pragma

for

musi wyst

wewn

trz konstrukcji

#pragma parallel

W tre

ci p

tli

for

nie mo

e wyst

instrukcja

break

Zmienna steruj

ca p

tli musi by

typu

int

Warto

ść

pocz

tkowa zmiennej steruj

cej p

tli musi by

typu

int

Warunek zako

czenia p

tli musi by

operatorem relacji

ze zbioru

{ <, <=, >, >= }

Skok warto

ci zmiennej steruj

cej p

tli musi by

całkowity

chunk

– dodatnia liczba całkowita

Pragma

sections

#pragma omp sections klauzula… ¶

{

#pragma omp section ¶

<blok_instrukcji>

#pragma omp section ¶

<blok_instrukcji>

…

}
Semantyka: wskazanie fragmentów kodu, które mog

wykonane przez odr

bne w

tki

ycie: Pragma

sections

musi wyst

wewn

trz

konstrukcji

#pragma parallel

Pragma

sections

(2)

Klauzule:

private(

lista

)

firstprivate(

lista

)

lastprivate(

lista

)

reduction(

operator

lista

)

nowait

Pragma

parallel

Bariera

parallel

Bariera

sections

Pragma

sections

sekcje

master

ła

z…

]

Kombinowane konstrukcje

parallel

#pragma omp parallel for klauzula… ¶

tla_for>

#pragma omp parallel sections klauzula… ¶

{

#pragma omp section ¶

<blok_instrukcji>

#pragma omp section ¶

<blok_instrukcji>

…

}

Klauzule: z sumy zbiorów dot. pragmy

parallel

i odpowiednio pragmy

for

lub

sections

Pragma

single

pragma omp single klauzula… ¶

<blok_instrukcji>

Semantyka:

definiuje fragment kodu, który ma by

wykonany przez

(tylko) jeden w

tek grupy

Klauzule:

private(

lista

)

firstprivate(

lista

)

nowait

ycie:

W bloku obj

tym przez pragm

parallel

Dla zapewnienia,

e dany fragment kodu zostanie wykonany tylko

jeden raz (np. operacja we/wy)

Pragma

task

#pragma omp task klauzula… ¶

<blok_instrukcji>

Semantyka: Konstrukcja okre

la jawne podzadanie; jego

rodowisko danych tworzone jest na podstawie klauzul

dost

pu do danych i zasad domy

lnych

Klauzule:

(wyraŜenie_skalarne

)

untied

default(shared | none)

private(lista)

firstprivate(lista)

shared(lista)

Konstrukcje synchronizacyjne

Pragma

master

– wykonanie bloku instrukcji

tylko przez w

tek główny

Pragma

critical

– wykonanie bloku instrukcji

z wykluczeniem równoczesno

ci w

tków (sekcja

krytyczna)

Pragma

ordered

– wykonanie bloku instrukcji

w okre

lonej kolejno

ci w

tków

Pragma

atomic

– wykonanie bloku instrukcji jako

instrukcji atomowej

Pragma

barrier

– jawna deklaracja bariery

Pragma

master

#pragma omp master ¶

<blok_instrukcji>

Semantyka:

Konstrukcja wskazuje blok instrukcji do

wykonania przez w

tek główny. Nie tworzy

implikowanych barier

ycie:

W bloku obj

tym przez pragm

parallel

Pragma

critical

#pragma omp critical [(

nazwa

)] ¶

<blok_instrukcji>

Semantyka: (sekcja krytyczna) konstrukcja kontroluje dost

tków do bloku instrukcji – w danej chwili mo

e go wykonywa

tylko jeden w

tek. Inne w

tki b

oczekiwa

na wej

cie do

sekcji krytycznej,
a

do jej opuszczenia przez w

tek wykonuj

cy zawarte w niej

instrukcje

Nazwa

– opcjonalny identyfikator sekcji krytycznej; sekcje

krytyczne z t

sam

nazw

uto

samiane

ycie:

W bloku obj

tym przez pragm

parallel

Blok instrukcji nie mo

e zawiera

rozgał

zie

Pragma

ordered

#pragma omp ordered ¶

<blok_instrukcji>

Semantyka: polecenie wykonania bloku instrukcji

z zachowaniem kolejno

ci iteracji – w

tki b

wykonywane w kolejno

ci, w jakiej zmienia si

warto

ść

zmiennej steruj

cej

ycie: dotyczy bloku zawartego w konstrukcji

for

Pragma

atomic

#pragma omp atomic ¶

<wyra

enie>

Semantyka:

Ŝą

danie aktualizacji pami

ci w trybie

wył

cznym (mini-sekcja krytyczna)

ycie: obejmuje tylko jedn

, najbi

instrukcj

Pragma

flush

#pragma omp flush(

lista

) ¶

<wyra

enie>

Semantyka: jawne polecenie uzyskania spójno

obrazu pami

ci operacyjnej przez przepisanie do niej

warto

ci zmiennych znajduj

cych si

w pami

ciach

podr

cznych (ang. cache) poszczególnych

procesorów

lista

– wykaz zmiennych, których dotyczy ta czynno

ść

(pozwala ograniczy

ilo

ść

operacji aktualizacji)

Pragma

barrier

#pragma omp barrier ¶

Semantyka: jawne okre

lenie bariery; ka

dy z w

tków

regionu równoległego b

dzie oczekiwał, a

wszystkie

tki osi

ten punkt synchronizacji

ycie: konstrukcja nie obejmuje bloku instrukcji

Inne.

Pragma

threadprivate

#pragma omp threadprivate(

lista

)¶

Semantyka: ustanowienie trwało

ci zmiennych

wymienionych na

liście

Zmienne te b

zachowane przy kolejnych wej

ciach do regionów

równoległych

ycie: nie zawiera bloku instrukcji

Klasyfikacja funkcji

OpenMP

Zarz

dzanie

rodowiskiem wykonawczym

– ustawianie i badanie warto

ci zmiennych

rodowiska

Synchronizacja w

tków

– Tworzenie/usuwanie zamków,

– Zamykanie/otwieranie zamków

Pomiar czasu wykonania oblicze

– Pobieranie czasu wzgl

dnego

– Badanie rozdzielczo

ci (wirtualnego) zegara

maszynowego

Funkcje zarz

dzania

rodowiskiem wykonawczym

void omp_set_num_threads(int liczba_w

tków)

Semantyka: odczytanie liczby w

tków, które mog

wykorzystane w najbli

szym regionie równoległym

int omp_get_num_threads(void)

Semantyka: odczytanie liczby w

tków, które mog

wykorzystane w bie

Ŝą

cym regionie równoległym

int omp_get_max_threads(void)

Semantyka: odczytana warto

ść

odpowiada zmiennej

rodowiska OMP_NUM_THREADS

int omp_get_thread_num(void)

Semantyka: odczytanie numeru nadanego bie

Ŝą

cemu

tkowi

Funkcje zarz

dzania

rodowiskiem wykonawczym (2)

int omp_get_num_procs(void)

Semantyka: odczytanie liczby zainstalowanych
procesorów

void omp_set_dynamic(int w

tki_dynamiczne)

Semantyka: ustalanie czy w sekcji równoległej w

tki maj

zarz

dzane w sposób dynamiczny

ycie: w

tki_dynamiczne=0

niedozwolone,

tki_dynamiczne=!0

dozwolone

int omp_get_dynamic(void)

Semantyka: odczytanie, czy dynamiczne ustalanie liczby
watków jest dozwolone
U

ycie: zob.

omp_set_dynamic()

Synchronizacja w

void omp_init_lock(omp_lock_t

*lock)

Semantyka:

utworzenie (otwartego) zamka

;

void omp_set_lock omp_lock_t

*lock)

Semantyka: zamek otwarty

zamkni

cie

zamka

przez bie

Ŝą

cy w

tek; zamek zamkni

blokada bie

Ŝą

cego w

tka

do otwarcia

zamka

lock

– identyfikator zamka

Synchronizacja w

w (2)

void omp_unset_lock(omp_lock_t *lock)

Semantyka:

otwarcie zamka

; w

tek zablokowa-

ny przez ten zamek zostanie wznowiony

void omp_destroy_lock(omp_lock_t *lock)

Semantyka:

usuni

cie zamka

lock

– identyfikator zamka

Pomiar czasu wykonania oblicze

double omp_get_wtime(void)

Semantyka: odczytanie liczby sekund, jakie
upłyn

ły od ustalonej chwili w (dawnej) przeszło

ycie: obl. ró

nicy warto

ci pobranych PO i

PRZED wykonaniem badanego fragmentu programu

double omp_get_wtick(void)

Semantyka: odczytanie liczby sekund upływaj

cych

pomi

dzy kolejnymi przerwaniami zegarowymi

Uwaga: Nie zawsze podaje sensowne warto

ci (!)

Zmienne

rodowiska

OMP_SCHEDULE typ [,chunk]

Semantyka: ustala sposób szeregowania w

tków

i wielko

ść

fragmentu p

tli (zob. klauzula

schedule

)

OMP_NUM_THREADS liczba_w

tków

Semantyka: ustala liczb

tków dost

pnych w

regionach równoległych

OMP_DYNAMIC dynamic

Semantyka: kontroluje dynamiczne ustalanie liczby
w

tków dost

pnych w regionach równoległych;

dynamic

true

lub

false

(zob. funkcja

omp_set_dynamic()

)

Zmienne

rodowiska (2)

OMP_NESTED nested

Semantyka: kontroluje mo

liwo

ść

zagł

biania

regionów równoległych; nested =

true

lub

false

(zob. funkcja

omp_set_nested()

)

OMP_STACKSIZE wielko

ść

_stosu

Semantyka: okre

la pojemno

ść

stosu w

tków;

wielko

ść

_stosu (nieujemna liczba całkowita)

e by

uzupełniona liter

B, K, M lub G

oznaczaj

mno

nik (domy

lnie K)

Zmienne

rodowiska (3)

OMP_WAIT_POLICY policy

Semantyka: ustala sposób zachowania czekaj

cych

tków;

policy = active

czekanie aktywne

(z wykorzystaniem CPU),

policy = passive

czekanie bez wykorzystania CPU

OMP_MAX_ACTIVE_LEVELS liczba_regionów

Semantyka: ustala maksymaln

liczb

aktywnych

zagnie

dzonych regionów równoległych

OMP_THREAD_LIMIT limit_liczby_w

tków

Semantyka: ustala maksymaln

liczb

tków

uczestnicz

cych w wykonaniu programu OpenMP