### OpenMP 4.0 API Specification详解 #### 一、简介 **OpenMP 4.0** 是一种标准的应用程序接口(API),旨在为多线程编程提供支持,特别是为了简化共享内存并行编程的过程。它允许开发人员通过在源代码中插入简单的编译指令来并行化他们的代码,从而在多核处理器上实现高效执行。 #### 二、OpenMP 4.0 规范概述 - **版本**: 本规范为 OpenMP 的第 4.0 版本,发布于 2013 年 7 月。 - **版权**: 由 OpenMP 架构评审委员会(ARB)拥有,自 1997 年起至 2013 年。 - **许可**: 允许无费复制全部或部分内容,但需包含 OpenMP 架构评审委员会的版权声明及文档标题。 #### 三、核心概念与术语 ##### 3.1 Threading Concepts (线程概念) - **Thread**: 执行单位,可以是用户级线程或内核级线程。 - **Parallel Region**: 包含并行指令的代码区域。 - **Team of Threads**: 在同一并行区域内执行的线程集合。 - **Master Thread**: 在并行区域内负责协调工作的线程。 - **Worker Thread**: 执行并行区域内工作负载的线程。 ##### 3.2 OpenMP Language Terminology (OpenMP 语言术语) - **Directive**: 指令,用于控制并行行为。 - **Clause**: 子句,用于细化指令的行为。 - **Construct**: 构造,由一个或多个指令组成,定义并行行为。 - **Shared Variable**: 共享变量,在并行区域内所有线程可见。 - **Private Variable**: 私有变量,每个线程拥有独立副本。 ##### 3.3 Synchronization Terminology (同步术语) - **Barrier**: 障碍物,所有线程到达后继续执行。 - **Critical Section**: 临界区,一次只允许一个线程访问。 - **Lock**: 锁,用于保护对共享资源的访问。 - **Atomic Operation**: 原子操作,不可分割的操作。 ##### 3.4 Tasking Terminology (任务术语) - **Task**: 可独立执行的工作单元。 - **Task Dependency**: 任务依赖关系,一个任务必须等待另一个任务完成。 - **Task Group**: 一组相关的任务,它们共享相同的执行上下文。 ##### 3.5 Data Terminology (数据术语) - **First Private**: 第一次私有化,将变量的值从主串复制到每个工作串。 - **Last Private**: 最后私有化,将变量的值从最后一个工作串复制回主串。 - **Reduction**: 归约,用于执行累加等操作,结果保存在一个变量中。 - **Copyin/Copyout**: 复制进出,用于指定哪些变量应该在并行区域内外之间进行复制。 ##### 3.6 Implementation Terminology (实现术语) - **Implementation Defined**: 实现定义,特定于实现的特性或行为。 - **Vendor Extension**: 厂商扩展,超出规范之外的特性。 - **Platform Specific**: 平台特定,与特定平台有关的细节。 #### 四、执行模型 OpenMP 4.0 规定了一个清晰的执行模型,该模型定义了线程如何创建、销毁以及如何分配工作。在这个模型中,每个并行区域都由一个主串启动,并根据构造的不同生成一定数量的工作串。 #### 五、内存模型 - **Structure of the OpenMP Memory Model**: 描述了 OpenMP 如何管理内存中的数据一致性问题。 - **Device Data Environments**: 设备数据环境,描述了在设备上执行时的数据布局和访问模式。 - **The Flush Operation**: 冲刷操作,用于确保数据的一致性。 - **OpenMP Memory Consistency**: 内存一致性规则,确保不同线程间的数据访问遵循正确的顺序。 #### 六、合规性 - **OpenMP Compliance**: OpenMP 4.0 定义了一系列的合规性检查,以确保实现符合规范的要求。 #### 七、Directives (指令) - **Directive Format**: 指令格式,描述了如何在源代码中插入指令。 - **Conditional Compilation**: 条件编译,允许根据不同的条件编译不同的代码路径。 - **Internal Control Variables (ICVs)**: 内部控制变量,用于控制并行行为。 - **Array Sections**: 数组部分,用于并行处理数组的不同部分。 - **parallel Construct**: 并行构造,用于创建一个并行区域。 - **Determining the Number of Threads for a parallel Region**: 确定并行区域中的线程数量。 - **Controlling OpenMP Thread Affinity**: 控制 OpenMP 线程亲和力。 - **Canonical Loop Form**: 规范循环形式,用于描述并行循环的标准形式。 - **Worksharing Constructs**: 工作共享构造,用于分配工作负载。 - **Loop Construct**: 循环构造,用于并行化循环体。 - **sections Construct**: 分区构造,用于并行化一系列独立的代码段。 - **single Construct**: 单个构造,用于在单个线程中执行代码。 - **workshare Construct**: 工作共享构造,用于在团队中的线程之间分配工作。 - **SIMD Constructs**: SIMD 构造,用于在支持 SIMD 的架构上优化代码。 - **simd construct**: SIMD 构造,用于在支持 SIMD 的架构上优化循环。 - **declaresimd construct**: 声明 SIMD 构造,用于声明 SIMD 函数。 - **Loop SIMD construct**: 循环 SIMD 构造,用于优化循环中的 SIMD 操作。 - **Device Constructs**: 设备构造,用于控制设备上的数据移动和执行。 - **targetdata Construct**: 目标数据构造,用于控制数据在主机和设备之间的移动。 - **target Construct**: 目标构造,用于指定在设备上执行的代码。 - **targetupdate Construct**: 目标更新构造,用于更新目标设备上的数据。 - **declaretarget Directive**: 声明目标指令,用于声明目标设备的属性。 - **teams Construct**: 团队构造,用于在设备上创建多层并行。 - **distribute Construct**: 分发构造,用于在设备上并行化外层循环。 以上是对 OpenMP 4.0 API 规范的概述,这些概念和技术构成了并行编程的基础,有助于开发者更好地利用现代多核处理器的能力。
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