OpenMP
OpenMP logo | |
Тип | прикладний програмний інтерфейс |
---|---|
Автор | OpenMP Architecture Review Board[1] |
Розробник | OpenMP Architecture Review Board[1] |
Стабільний випуск | 4.0[2] (23 липня 2013 ) |
Платформа | крос-платформовий |
Операційна система | крос-платформовий |
Мова програмування | C, C++, Fortran |
Ліцензія | різні[3] |
Вебсайт | openmp.org |
OpenMP (Open Multi-Processing) — це набір директив компілятора, бібліотечних процедур та змінних середовища, які призначені для програмування багатопоточних застосунків на багатопроцесорних системах із спільною пам'яттю на мовах C, C++ та Fortran.
Розробку специфікації OpenMP ведуть кілька великих виробників обчислювальної техніки та програмного забезпечення, робота яких регулюється некомерційною організацією, названою OpenMP Architecture Review Board (ARB)[4]. Детальна специфікація OpenMP міститься на сторінці [Архівовано 24 квітня 2008 у Wayback Machine.]. Специфікації для мов Fortran і C/C++ з'явилися відповідно в жовтні 1997 року і жовтні 1998 року.
OpenMP можна розглядати як високорівневу надбудову над Pthreads (або аналогічними бібліотеками потоків). POSIX-інтерфейс для організації потоків Pthreads підтримується широко (практично на всіх UNIX-системах), проте з багатьох причин не підходить для практичного паралельного програмування:
- немає підтримки Fortran
- дуже низький рівень
- немає підтримки паралелізму за даними
- механізм потоків спочатку розроблявся не для цілей організації паралелізму
OpenMP реалізує паралельні обчислення за допомогою багатопотоковості, в якій «головний» (master) потік створює набір підлеглих (slave) потоків і завдання розподіляється між ними. Передбачається, що потоки виконуються паралельно на машині з декількома процесорами (кількість процесорів не обов'язково має бути більше або дорівнювати кількості потоків).
Завдання, що виконуються потоками паралельно, так само як і дані, необхідні для виконання цих завдань, описуються за допомогою спеціальних директив препроцесора відповідної мови — прагм. Наприклад, ділянка коду на мові Fortran, яка повинна виконуватися кількома потоками, кожна з яких має свою копію змінної N, передує наступній !$OMP PARALLEL PRIVATE(N)
Кількість створюваних потоків може регулюватися як самою програмою за допомогою виклику бібліотечних процедур, так і ззовні, за допомогою змінних оточення.
- За рахунок ідеї «інкрементального розпаралелювання» OpenMP ідеально підходить для розробників, що прагнуть швидко розпаралелювати свої обчислювальні програми з великими паралельними циклами. Розробник не створює нову паралельну програму, а просто послідовно додає в текст програми OpenMP-директиви.
- При цьому, OpenMP — досить гнучкий механізм, що надає розробникові великі можливості контролю над поведінкою паралельної програми.
- Передбачається, що OpenMP-програма на однопроцесорній платформі може бути використана як послідовна програма, тобто немає необхідності підтримувати послідовну та паралельну версії. Директиви OpenMP просто ігноруються послідовним компілятором, а для виклику процедур OpenMP можуть бути підставлені заглушки (stubs), текст яких приведений в специфікаціях.
- Однією з переваг OpenMP розробники вважають підтримку так званих «orphan» (відірваних) директив, тобто директиви синхронізації і розподілу роботи можуть не входити безпосередньо в лексичний контекст паралельної області.
Ключовими елементами OpenMP є
- конструкції для створення потоків (директива parallel),
- конструкції розподілу роботи між потоками (директиви DO / for та section),
- конструкції для керування роботою з даними (вираз shared і private),
- конструкції для синхронізації потоків (директиви critical atomic і barrier),
- процедури бібліотеки підтримки часу виконанню (наприклад, omp_get_thread_num),
- змінні оточення (наприклад, OMP_NUM_THREADS).
Нижче наведені приклади програм з використанням директив OpenMP:
У цій програмі два вектора (a і b) додаються паралельно десятьма потоками.
#include <stdio.h>
#include <omp.h>
#define N 100
int main(int argc, char *argv[])
{
float a[N], b[N], c[N];
int i;
omp_set_dynamic(0); // заборонити змінювати число потоків за допомогою змінної оточення
omp_set_num_threads(10); // встановити число потоків у 10
// ініціалізуємо вектори
for (i = 0; i < N; i++) {
a[i] = i * 1.0;
b[i] = i * 2.0;
}
// обчислюємо суму векторів
#pragma omp parallel shared(a, b, c) private(i)
{
#pragma omp for
for (i = 0; i < N; i++)
c[i] = a[i] + b[i];
}
printf ("%f\n", c[10]);
return 0;
}
Аналогічна програма на мові Фортран
program main
use omp_lib
implicit none
integer, parameter :: rp = kind(1.0)
integer, parameter :: N=100
real(rp), dimension(1:N) :: a,b,c
integer :: i
call omp_set_dynamic(.false.) ! заборонити змінювати число нитей за допомогою змінної оточення
call omp_set_num_threads(10) ! встановити число нитей у 10
! ініціалізуємо вектори
do i=1,N
a(i)=i*1.0_rp
b(i)=i*2.0_rp
enddo
! обчислюємо суму векторів
!$omp parallel do shared(a, b, c) private(i)
do i=1,N
c(i)=a(i)+b(i)
enddo
!$omp end parallel do
write(*,'(f10.6)') c(10)
end program main
OpenMP підтримується багатьма комерційними компіляторами.
Компілятори Oracle Solaris Studio, v12.3, підтримують офіційно специфікацію OpenMP 3.1 — з покращеною продуктивністю під ОС Solaris та обмеженим числом платформ під ОС Linux[5]
Visual C++ 2005 підтримує OpenMP у редакціях Professional і Team System[6].
GCC 4.2 підтримує OpenMP 2.5, а деякі дистрибутиви (такі як Fedora Core 5 gcc [Архівовано 20 травня 2007 у Wayback Machine.]) включили підтримку в свої версії GCC 4.1. Починаючи з GCC 4.4 підтримується стандарт OpenMP 3.0 а з версії GCC 4.7 — OpenMP 3.1[7]
В універсальному комплексі Intel Parallel Studio від Intel об'єднано компілятори C++ та Фортран, бібліотеки оптимізації та паралелізації, включаючи OpenMP 3.1 (починаючи з версії компіляторів 12.1), а також засоби перевірки помилок та продуктивності, зневаджувач і профайлер для останніх поколінь багатоядерних процесорів.
Компілятори Sun Studio створюють окрему процедуру з вихідного коду, розташованого під директивою parallel, а замість самої директиви вставляють виклик процедури __mt_MasterFunction_ бібліотеки libmtsk, передаючи їй адресу штучно створену. Таким чином, розподілювані (shared) дані можуть бути передані останній за посиланням, а власні (private) оголошуються всередині цієї процедури, опиняючись незалежні від своїх копій в інших нитях.
Процедура __mt_MasterFunction_ створює групу нитей (кількістю 9 у наведеному вище прикладі на мові C), які будуть виконувати код конструкції parallel, а нить, що викликала їх, стає головною у групі. Потім головна нить організовує роботу підлеглих нитей, після чого починає виконувати код користувача сама. Коли код буде виконаний, головна нить викликає процедуру _mt_EndOfTask_Barrier_ що синхронізує її з іншими.
- VivaMP — Статичний аналізатор Сі/Сі++ коду для виявлення помилок в програмах, побудованих на технології OpenMP для ОС Windows.
- ↑ а б http://openmp.org/wp/about-openmp/ [Архівовано 9 серпня 2013 у Wayback Machine.] About the OpenMP ARB and OpenMP.org
- ↑ http://openmp.org/wp/2013/07/openmp-40/ [Архівовано 23 серпня 2013 у Wayback Machine.] OpenMP 4.0 Specification Released
- ↑ http://openmp.org/wp/openmp-compilers/ [Архівовано 17 липня 2013 у Wayback Machine.] OpenMP Compilers
- ↑ Офіційний сайт OpenMP Architecture Review Board. Архів оригіналу за 20 липня 2008. Процитовано 3 червня 2009.
- ↑ Oracle Solaris Studio 12.3 OpenMP API User's Guide, PDF (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 16 травня 2013. Процитовано 3 вересня 2012.
- ↑ MSDN: Visual C++ Editions. Архів оригіналу за 23 квітня 2008. Процитовано 3 червня 2009.
- ↑ GCC Wiki OpenMP. Архів оригіналу за 17 вересня 2012. Процитовано 3 вересня 2012.
- OpenMP.org — Офіційний сайт OpenMP Architecture Review Board [Архівовано 30 грудня 2014 у Wayback Machine.]
- Что такое OpenMP? [Архівовано 1 лютого 2008 у Wayback Machine.] (рос.)
- Введение в OpenMP: API параллельных программ для многопроцессорных систем с общей памятью [Архівовано 10 листопада 2007 у Wayback Machine.] (рос.)
- OpenMP и C++ [Архівовано 17 січня 2009 у Wayback Machine.] (рос.)
- Учебный курс — Параллельное программирование с использованием OpenMP [Архівовано 20 квітня 2008 у Wayback Machine.] (рос.)
- OpenMP Support in Sun Studio Compilers and Tools [Архівовано 26 жовтня 2007 у Wayback Machine.] (англ.)
- Статья «32 подводных камня OpenMP при программировании на Си++» (рос.)
![]() |
Це незавершена стаття про програмування. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її. |
![]() | Було запропоновано приєднати статтю Синхронізація в OpenMP до цієї статті або розділу, але, можливо, це варто додатково обговорити. Пропозиція з червня 2017. |