OpenMP

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск

OpenMP (Open Multi-Processing) — открытый стандарт для распараллеливания программ на языках Си, Си++ и Фортран. Дает описание совокупности директив компилятора, библиотечных процедур и переменных окружения, которые предназначены для программирования многопоточных приложений на многопроцессорных системах с общей памятью.





Разработка

Разработку спецификации OpenMP ведут несколько крупных производителей вычислительной техники и программного обеспечения, чья работа регулируется некоммерческой организацией, называемой OpenMP Architecture Review Board (ARB) [1].

Первая версия появилась в 1997 году, предназначалась для языка Fortran. Для С/С++ версия разработана в 1998 году. В 2008 году вышла версия OpenMP 3.0.

Введение

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 (количество процессоров не обязательно должно быть больше или равно количеству потоков).

Задачи, выполняемые потоками параллельно, также как и данные, требуемые для выполнения этих задач, описываются с помощью специальных директив препроцессора соответствующего языка — прагм. Например, участок кода на языке Fortran, который должен исполняться несколькими потоками, каждый из которых имеет свою копию переменной N, предваряется следующей директивой: !$OMP PARALLEL PRIVATE(N)

Количество создаваемых потоков может регулироваться как самой программой при помощи вызова библиотечных процедур, так и извне, при помощи переменных окружения.

Ключевые элементы

Ключевыми элементами OpenMP являются

  • конструкции для создания потоков (директива parallel),
  • конструкции распределения работы между потоками (директивы DO/for и section),
  • конструкции для управления работой с данными (выражения shared и private для определения класса памяти переменных),
  • конструкции для синхронизации потоков (директивы critical, atomic и barrier),
  • процедуры библиотеки поддержки времени выполнения (например, omp_get_thread_num),
  • переменные окружения (например, OMP_NUM_THREADS).

Примеры программ

Ниже приведены примеры программ с использованием директив OpenMP:

Fortran 77

В этой программе на языке Fortran создается заранее неизвестное число потоков (оно определяется переменной окружения OMP_NUM_THREADS перед запуском программы), каждый из которых выводит приветствие вместе со своим номером. Главный поток (имеющий номер 0) также выводит общее число потоков, но только после того, как все они «пройдут» директиву BARRIER.

C

В этой программе два массива (a и b) складываются параллельно десятью потоками.

Эту программу можно скомпилировать, используя gcc-4.4 и более новые с флагом -fopenmp.

Существующие реализации

OpenMP поддерживается многими современными компиляторами.

  • Компиляторы Sun Studio поддерживают официальную спецификацию — [www.openmp.org/drupal/mp-documents/spec25.pdf OpenMP 2.5] [2] — с улучшенной производительностью под ОС Solaris; поддержка Linux запланирована на следующий выпуск.
  • Visual C++ 2005 и 2008 поддерживает OpenMP 2.0 в редакциях Professional и Team System, 2010 - в редакциях Professional, Premium и Ultimate, 2012 - во всех редакциях [3].
  • GCC 4.2 поддерживает OpenMP, а некоторые дистрибутивы (такие как Fedora Core 5 [meditation-art.blogspot.com/2007/04/openmp-with-gcc-on-fedora-core-5.html gcc]) включили поддержку в свои версии GCC 4.1.
  • Intel C++ Compiler поддерживает версию OpenMP 3.0 а также Intel Cluster OpenMP для программирования в системах с распределённой памятью.
  • IBM XL compiler
  • PGI (Portland group)
  • Pathscale
  • HP
  • Clang/llvm 3.7 поддерживает версию OpenMP 3.1.[4]

Пример реализации

Компиляторы Sun Studio создают отдельную процедуру из исходного кода, располагающегося под директивой parallel, а вместо самой директивы вставляют вызов процедуры __mt_MasterFunction_ библиотеки libmtsk, передавая ей адрес искусственно созданной. Таким образом, разделяемые (shared) данные могут быть переданы последней по ссылке, а собственные (private) объявляются внутри этой процедуры, оказываясь независимыми от своих копий в других потоках.

Процедура __mt_MasterFunction_ создает группу потоков (количеством 9 в приведенном выше примере на языке C), которые будут выполнять код конструкции parallel, а вызвавший её поток становится главным в группе. Затем главный поток организовывает работу подчиненных потоков, после чего начинает выполнять пользовательский код сам. Когда код будет выполнен, главный поток вызывает процедуру _mt_EndOfTask_Barrier_, синхронизирующую его с остальными.

Инструменты

  • [www.viva64.com/ru/vivamp-tool/ VivaMP (поддержка прекращена) — Статический анализатор Си/Си++ кода для выявления ошибок в программах, построенных на технологии OpenMP]  (рус.)
  • [software.intel.com/ru-ru/articles/intel-threading-tools-and-openmp/ Intel® Threading Tools — инструменты анализа производительности программ OpenMP]  (рус.)

См. также

Напишите отзыв о статье "OpenMP"

Примечания

  1. ↑ [www.openmp.org Официальный сайт OpenMP Architecture Review Board]
  2. ↑ [docs.sun.com/app/docs/doc/819-5270/aewaz?l=en&a=view 1. Introducing the OpenMP API (Sun Studio 12: OpenMP API User’s Guide) — Sun Microsystems]
  3. ↑ [msdn2.microsoft.com/en-us/library/hs24szh9(vs.80).aspx Visual C++ Editions]
  4. ↑ [openmp.org/wp/2015/08/clang-37-will-have-full-openmp-31-support/ OpenMP.org  » Blog Archive  » Clang 3.7 will have full OpenMP 3.1 support]. openmp.org. Проверено 3 сентября 2015.

Ссылки

  • [openmp.org org] — официальный сайт OpenMP
Intel Software Network  (рус.)
  • Richard Gerber. [software.intel.com/ru-ru/articles/getting-started-with-openmp/ Начало работы с OpenMP*]. Intel Software Network (5 июня 2009 года). Проверено 11 февраля 2010. [www.webcitation.org/65t9vnMZf Архивировано из первоисточника 3 марта 2012].
  • Richard Gerber. [software.intel.com/ru-ru/articles/more-work-sharing-with-openmp/ Эффективное распределение нагрузки между потоками с помощью OpenMP*]. Intel Software Network (5 июня 2009 года). Проверено 11 февраля 2010. [www.webcitation.org/65t9wKVmG Архивировано из первоисточника 3 марта 2012].
  • Andrey Karpov. [software.intel.com/ru-ru/articles/About-OpenMP/ Кратко о технологии OpenMP]. Intel Software Network (5 января 2010 года). Проверено 11 февраля 2010. [www.webcitation.org/65t9woFc2 Архивировано из первоисточника 3 марта 2012].
viva64.com  (рус.)
  • [www.viva64.com/art-3-1-464379766.html Статья «32 подводных камня OpenMP при программировании на Си++»]  (рус.)
  • [www.viva64.com/art-3-1-1557922790.html Статья «Отладка и оптимизация многопоточных OpenMP-программ»]  (рус.)
Другие источники
  • [developers.sun.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=7&Itemid=0 Введение в OpenMP: API параллельных программ для многопроцессорных систем с общей памятью]  (рус.)
  • [parallel.ru/tech/tech_dev/openmp.html Что такое OpenMP?]  (рус.) - базовая статья на сайте [parallel.ru parallel.ru]
  • [msdn.microsoft.com/ru-ru/library/dd335940.aspx OpenMP и C++]  (рус.)
  • [www.intuit.ru/department/se/openmp/ Параллельное программирование с использованием OpenMP]  (рус.) - Учебный курс на сайте Intuit.ru
  • [ccfit.nsu.ru/arom/data/PP_ICaG/02_OpenMP_rus.pdf Презентация на тему OpenMP]  (рус.)
  • [developers.sun.com/solaris/articles/studio_openmp.html OpenMP Support in Sun Studio Compilers and Tools]  (англ.)


ПО для распределенных и параллельных вычислений
Стандарты, библиотеки
ПО для мониторинга
Ganglia  • Nagios  • Cacti  • Zabbix  • MRTG  • Munin  • Clumon  • Zenoss  • Collectd  • Microsoft SCOM  • Fujitsu SystemWalker
Управляющее ПО
PBS (OpenPBS)  • TORQUE  • Cleo  • Maui  • Moab  • SLURM  • Red Hat Cluster Suite (Heartbeat, Pacemaker, Corosync)

Отрывок, характеризующий OpenMP

– Вы никому не делаете милости, – сказала Жюли Друбецкая, собирая и прижимая кучку нащипанной корпии тонкими пальцами, покрытыми кольцами.
Жюли собиралась на другой день уезжать из Москвы и делала прощальный вечер.
– Безухов est ridicule [смешон], но он так добр, так мил. Что за удовольствие быть так caustique [злоязычным]?
– Штраф! – сказал молодой человек в ополченском мундире, которого Жюли называла «mon chevalier» [мой рыцарь] и который с нею вместе ехал в Нижний.
В обществе Жюли, как и во многих обществах Москвы, было положено говорить только по русски, и те, которые ошибались, говоря французские слова, платили штраф в пользу комитета пожертвований.
– Другой штраф за галлицизм, – сказал русский писатель, бывший в гостиной. – «Удовольствие быть не по русски.
– Вы никому не делаете милости, – продолжала Жюли к ополченцу, не обращая внимания на замечание сочинителя. – За caustique виновата, – сказала она, – и плачу, но за удовольствие сказать вам правду я готова еще заплатить; за галлицизмы не отвечаю, – обратилась она к сочинителю: – у меня нет ни денег, ни времени, как у князя Голицына, взять учителя и учиться по русски. А вот и он, – сказала Жюли. – Quand on… [Когда.] Нет, нет, – обратилась она к ополченцу, – не поймаете. Когда говорят про солнце – видят его лучи, – сказала хозяйка, любезно улыбаясь Пьеру. – Мы только говорили о вас, – с свойственной светским женщинам свободой лжи сказала Жюли. – Мы говорили, что ваш полк, верно, будет лучше мамоновского.
– Ах, не говорите мне про мой полк, – отвечал Пьер, целуя руку хозяйке и садясь подле нее. – Он мне так надоел!
– Вы ведь, верно, сами будете командовать им? – сказала Жюли, хитро и насмешливо переглянувшись с ополченцем.
Ополченец в присутствии Пьера был уже не так caustique, и в лице его выразилось недоуменье к тому, что означала улыбка Жюли. Несмотря на свою рассеянность и добродушие, личность Пьера прекращала тотчас же всякие попытки на насмешку в его присутствии.
– Нет, – смеясь, отвечал Пьер, оглядывая свое большое, толстое тело. – В меня слишком легко попасть французам, да и я боюсь, что не влезу на лошадь…
В числе перебираемых лиц для предмета разговора общество Жюли попало на Ростовых.
– Очень, говорят, плохи дела их, – сказала Жюли. – И он так бестолков – сам граф. Разумовские хотели купить его дом и подмосковную, и все это тянется. Он дорожится.
– Нет, кажется, на днях состоится продажа, – сказал кто то. – Хотя теперь и безумно покупать что нибудь в Москве.
– Отчего? – сказала Жюли. – Неужели вы думаете, что есть опасность для Москвы?
– Отчего же вы едете?
– Я? Вот странно. Я еду, потому… ну потому, что все едут, и потом я не Иоанна д'Арк и не амазонка.
– Ну, да, да, дайте мне еще тряпочек.
– Ежели он сумеет повести дела, он может заплатить все долги, – продолжал ополченец про Ростова.
– Добрый старик, но очень pauvre sire [плох]. И зачем они живут тут так долго? Они давно хотели ехать в деревню. Натали, кажется, здорова теперь? – хитро улыбаясь, спросила Жюли у Пьера.
– Они ждут меньшого сына, – сказал Пьер. – Он поступил в казаки Оболенского и поехал в Белую Церковь. Там формируется полк. А теперь они перевели его в мой полк и ждут каждый день. Граф давно хотел ехать, но графиня ни за что не согласна выехать из Москвы, пока не приедет сын.
– Я их третьего дня видела у Архаровых. Натали опять похорошела и повеселела. Она пела один романс. Как все легко проходит у некоторых людей!
– Что проходит? – недовольно спросил Пьер. Жюли улыбнулась.
– Вы знаете, граф, что такие рыцари, как вы, бывают только в романах madame Suza.
– Какой рыцарь? Отчего? – краснея, спросил Пьер.
– Ну, полноте, милый граф, c'est la fable de tout Moscou. Je vous admire, ma parole d'honneur. [это вся Москва знает. Право, я вам удивляюсь.]
– Штраф! Штраф! – сказал ополченец.
– Ну, хорошо. Нельзя говорить, как скучно!
– Qu'est ce qui est la fable de tout Moscou? [Что знает вся Москва?] – вставая, сказал сердито Пьер.
– Полноте, граф. Вы знаете!
– Ничего не знаю, – сказал Пьер.
– Я знаю, что вы дружны были с Натали, и потому… Нет, я всегда дружнее с Верой. Cette chere Vera! [Эта милая Вера!]
– Non, madame, [Нет, сударыня.] – продолжал Пьер недовольным тоном. – Я вовсе не взял на себя роль рыцаря Ростовой, и я уже почти месяц не был у них. Но я не понимаю жестокость…
– Qui s'excuse – s'accuse, [Кто извиняется, тот обвиняет себя.] – улыбаясь и махая корпией, говорила Жюли и, чтобы за ней осталось последнее слово, сейчас же переменила разговор. – Каково, я нынче узнала: бедная Мари Волконская приехала вчера в Москву. Вы слышали, она потеряла отца?
– Неужели! Где она? Я бы очень желал увидать ее, – сказал Пьер.
– Я вчера провела с ней вечер. Она нынче или завтра утром едет в подмосковную с племянником.
– Ну что она, как? – сказал Пьер.
– Ничего, грустна. Но знаете, кто ее спас? Это целый роман. Nicolas Ростов. Ее окружили, хотели убить, ранили ее людей. Он бросился и спас ее…
– Еще роман, – сказал ополченец. – Решительно это общее бегство сделано, чтобы все старые невесты шли замуж. Catiche – одна, княжна Болконская – другая.
– Вы знаете, что я в самом деле думаю, что она un petit peu amoureuse du jeune homme. [немножечко влюблена в молодого человека.]
– Штраф! Штраф! Штраф!
– Но как же это по русски сказать?..


Когда Пьер вернулся домой, ему подали две принесенные в этот день афиши Растопчина.
В первой говорилось о том, что слух, будто графом Растопчиным запрещен выезд из Москвы, – несправедлив и что, напротив, граф Растопчин рад, что из Москвы уезжают барыни и купеческие жены. «Меньше страху, меньше новостей, – говорилось в афише, – но я жизнью отвечаю, что злодей в Москве не будет». Эти слова в первый раз ясно ыоказали Пьеру, что французы будут в Москве. Во второй афише говорилось, что главная квартира наша в Вязьме, что граф Витгснштейн победил французов, но что так как многие жители желают вооружиться, то для них есть приготовленное в арсенале оружие: сабли, пистолеты, ружья, которые жители могут получать по дешевой цене. Тон афиш был уже не такой шутливый, как в прежних чигиринских разговорах. Пьер задумался над этими афишами. Очевидно, та страшная грозовая туча, которую он призывал всеми силами своей души и которая вместе с тем возбуждала в нем невольный ужас, – очевидно, туча эта приближалась.
«Поступить в военную службу и ехать в армию или дожидаться? – в сотый раз задавал себе Пьер этот вопрос. Он взял колоду карт, лежавших у него на столе, и стал делать пасьянс.
– Ежели выйдет этот пасьянс, – говорил он сам себе, смешав колоду, держа ее в руке и глядя вверх, – ежели выйдет, то значит… что значит?.. – Он не успел решить, что значит, как за дверью кабинета послышался голос старшей княжны, спрашивающей, можно ли войти.
– Тогда будет значить, что я должен ехать в армию, – договорил себе Пьер. – Войдите, войдите, – прибавил он, обращаясь к княжие.
(Одна старшая княжна, с длинной талией и окаменелым лидом, продолжала жить в доме Пьера; две меньшие вышли замуж.)
– Простите, mon cousin, что я пришла к вам, – сказала она укоризненно взволнованным голосом. – Ведь надо наконец на что нибудь решиться! Что ж это будет такое? Все выехали из Москвы, и народ бунтует. Что ж мы остаемся?
– Напротив, все, кажется, благополучно, ma cousine, – сказал Пьер с тою привычкой шутливости, которую Пьер, всегда конфузно переносивший свою роль благодетеля перед княжною, усвоил себе в отношении к ней.
– Да, это благополучно… хорошо благополучие! Мне нынче Варвара Ивановна порассказала, как войска наши отличаются. Уж точно можно чести приписать. Да и народ совсем взбунтовался, слушать перестают; девка моя и та грубить стала. Этак скоро и нас бить станут. По улицам ходить нельзя. А главное, нынче завтра французы будут, что ж нам ждать! Я об одном прошу, mon cousin, – сказала княжна, – прикажите свезти меня в Петербург: какая я ни есть, а я под бонапартовской властью жить не могу.


Источник — «http://wiki-org.ru/wiki/index.php?title=OpenMP&oldid=79557509»