openm编程规范3.1资源-CSDN文库

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### OpenMP编程规范3.1知识点详述 #### 一、引言 **OpenMP** (Open Multi-Processing) 是一种用于共享内存多处理器环境的标准应用程序接口(API)，它支持多种编程语言，包括C/C++和Fortran。OpenMP 3.1版本是在2011年发布的，该版本在之前的基础上进行了大量改进和完善，引入了新的特性来支持更加复杂和高效的并行计算任务。 ##### 1.1 范围 OpenMP 3.1标准涵盖了多个方面，包括但不限于： - **指令集**: 定义了一系列指令，用以控制程序的并行化过程。 - **执行模型**: 描述了OpenMP程序的基本执行流程和线程管理机制。 - **内存模型**: 提供了关于数据共享与同步的规则和指南。 - **合规性**: 设定了实现OpenMP的编译器和其他工具必须遵循的规范。 - **参考文献**: 列出了文档编写时所参考的相关资料和技术标准。 ##### 1.2 术语 OpenMP 3.1定义了一系列术语，用于描述并行编程中的概念和实体，分为以下几个部分： - **1.2.1 并发概念**: 包括线程、任务等基本概念。 - **1.2.2 OpenMP语言术语**: 涉及到OpenMP特有的词汇，如构造（construct）、指令（directive）等。 - **1.2.3 任务术语**: 与任务相关的术语，如任务创建、任务调度等。 - **1.2.4 数据术语**: 描述数据处理相关的概念，如数据共享、私有数据等。 - **1.2.5 实现术语**: 关于如何在特定硬件或操作系统上实现OpenMP的具体细节。 ##### 1.3 执行模型 OpenMP 3.1的执行模型包括： - **主-工作线程模型**: 主线程负责创建和管理一组工作线程，工作线程执行并行区域内的任务。 - **动态调度**: 支持不同的任务调度策略，例如静态调度、动态调度和指导调度等。 ##### 1.4 内存模型 OpenMP 3.1的内存模型主要涉及： - **1.4.1 OpenMP内存模型结构**: 解释了数据如何在共享内存空间和私有内存空间之间传递。 - **1.4.2 Flush操作**: 描述了如何确保对共享数据的一致性访问。 - **1.4.3 OpenMP内存一致性**: 规定了不同线程之间数据访问的一致性要求。 ##### 1.5 OpenMP合规性本节详细介绍了OpenMP实现必须满足的要求，包括但不限于： - **编译器**: 编译器必须正确处理OpenMP指令，并生成有效的机器码。 - **运行库**: 运行库必须提供必要的功能，支持线程管理和数据同步等操作。 ##### 1.6 规范性参考这部分列出了OpenMP 3.1编写过程中参考的规范性文档和技术标准，为开发者提供了进一步了解底层原理的机会。 ##### 1.7 文档组织文档的结构清晰，分为多个章节，每个章节聚焦于OpenMP的不同方面，便于读者根据需求选择性阅读。 #### 二、指令这一章详细介绍了OpenMP 3.1中可用的各种指令及其使用方法，包括但不限于： - **2.1 指令格式**: 解释了如何在源代码中插入OpenMP指令。 - **2.1.1 固定源形式指令**: 介绍了一种固定的指令格式。 - **2.1.2 自由源形式指令**: 允许开发者以更灵活的方式编写指令。 - **2.2 条件编译**: 使开发者能够根据特定条件选择性地包含或排除某些指令。 - **2.3 内部控制变量(ICV)**: 介绍了如何通过内部控制变量来调整并行行为。 - **2.4 parallel构造**: 用于指示一个区域应被并行执行。 - **2.5 工作分配构造**: 包括循环、section、single和workshare构造。 - **2.6 组合并行工作分配构造**: 结合parallel构造与其他工作分配构造。 - **2.7 任务构造**: 支持基于任务的并行计算。 - **2.8 主控和同步构造**: 包括master、critical、barrier、taskwait、atomic和flush构造。 - **2.9 数据环境**: 介绍了数据共享和私有化的概念。以上概述了OpenMP 3.1的核心知识点，对于想要深入了解并利用OpenMP进行高效并行编程的开发者来说，这些内容至关重要。接下来的部分将更加详细地探讨其中的关键概念和技术细节。

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OpenMP

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Version 3.1 July 2011

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CONTENTS

1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1 Threading Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.2 OpenMP Language Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.3 Tasking Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.2.4 Data Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2.5 Implementation Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3 Execution Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4 Memory Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.4.1 Structure of the OpenMP Memory Model . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.4.2 The Flush Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.4.3 OpenMP Memory Consistency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.5 OpenMP Compliance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.6 Normative References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.7 Organization of this document . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2. Directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.1 Directive Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.1.1 Fixed Source Form Directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.1.2 Free Source Form Directives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.2 Conditional Compilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.2.1 Fixed Source Form Conditional Compilation Sentinels . . . . 26

2.2.2 Free Source Form Conditional Compilation Sentinel . . . . . . 27

2.3 Internal Control Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.3.1 ICV Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

ii OpenMP API • Version 3.1 July 2011

2.3.2 Modifying and Retrieving ICV Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.3.3 How the Per-Data Environment ICVs Work . . . . . . . . . . . . . 30

2.3.4 ICV Override Relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.4 parallel Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.4.1 Determining the Number of Threads for a parallel Region 36

2.5 Worksharing Constructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.5.1 Loop Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.5.2 sections Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

2.5.3 single Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.5.4 workshare Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

2.6 Combined Parallel Worksharing Constructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2.6.1 Parallel Loop Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.6.2 parallel sections Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.6.3 parallel workshare Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.7 Tasking Constructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

2.7.1 task Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

2.7.2 taskyield Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.7.3 Task Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

2.8 Master and Synchronization Constructs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.8.1 master Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.8.2 critical Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.8.3 barrier Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.8.4 taskwait Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

2.8.5 atomic Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

2.8.6 flush Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

2.8.7 ordered Construct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.9 Data Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

2.9.1 Data-sharing Attribute Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

2.9.2 threadprivate Directive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

2.9.3 Data-Sharing Attribute Clauses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

iii

2.9.4 Data Copying Clauses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

2.10 Nesting of Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3. Runtime Library Routines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

3.1 Runtime Library Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

3.2 Execution Environment Routines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

3.2.1 omp_set_num_threads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

3.2.2 omp_get_num_threads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

3.2.3 omp_get_max_threads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

3.2.4 omp_get_thread_num . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

3.2.5 omp_get_num_procs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

3.2.6 omp_in_parallel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

3.2.7 omp_set_dynamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

3.2.8 omp_get_dynamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

3.2.9 omp_set_nested . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

3.2.10 omp_get_nested . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

3.2.11 omp_set_schedule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

3.2.12 omp_get_schedule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

3.2.13 omp_get_thread_limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

3.2.14 omp_set_max_active_levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

3.2.15 omp_get_max_active_levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

3.2.16 omp_get_level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

3.2.17 omp_get_ancestor_thread_num . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

3.2.18 omp_get_team_size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

3.2.19 omp_get_active_level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

3.2.20 omp_in_final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

3.3 Lock Routines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

3.3.1 omp_init_lock and omp_init_nest_lock . . . . . . . . . 143

3.3.2 omp_destroy_lock and omp_destroy_nest_lock . . . 144

3.3.3 omp_set_lock and omp_set_nest_lock . . . . . . . . . . . . 145

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