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

Разработка спецификаций стандарта ведётся некоммерческой организацией OpenMP Architecture Review Board (ARB) , в которую входят все основные производители процессоров, а также ряд суперкомпьютерных лабораторий и университетов. Первая версия спецификации вышла в 1997 году, предназначалась только для Фортрана, в следующем году вышла версия для Си и C++.

OpenMP реализует параллельные вычисления с помощью многопоточности , в которой ведущий ( англ. master ) поток создаёт набор ведомых 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, так же, как и данные, требуемые для выполнения этих задач, описываются с помощью специальных директив препроцессора соответствующего языка — «прагм». Например, участок кода на Фортране, 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 стандарта:

• 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

Программа на Фортране-77, создающая заранее неизвестное число потоков (оно определяется переменной окружения OMP_NUM_THREADS перед запуском программы), каждый из которых выводит приветствие вместе со своим номером; ведущий поток (имеющий номер 0) также выводит общее число потоков, но только после того, как все они «пройдут» директиву BARRIER :

      PROGRAM HELLO
      INTEGER ID, NTHRDS
      INTEGER OMP_GET_THREAD_NUM, OMP_GET_NUM_THREADS
C$OMP PARALLEL PRIVATE(ID)
      ID = OMP_GET_THREAD_NUM()
      PRINT *, 'HELLO WORLD FROM THREAD', ID
C$OMP BARRIER
      IF ( ID .EQ. 0 ) THEN
        NTHRDS = OMP_GET_NUM_THREADS()
        PRINT *, 'THERE ARE', NTHRDS, 'THREADS'
      END IF
C$OMP END PARALLEL
      END

Программа на Си, складывающая в десять потоков массив a с массивом b (компилируется с использованием gcc-4.4 и более новых версий с флагом -fopenmp ):

#include <stdio.h>
#include <omp.h>

#define N 100

int main(int argc, char *argv[])
{
  double a[N], b[N], c[N];
  int i;
  omp_set_dynamic(0);      // запретить библиотеке openmp менять число потоков во время исполнения
  omp_set_num_threads(10); // установить число потоков в 10

  // инициализируем массивы
  for (i = 0; i < N; i++)
  {
      a[i] = i * 1.0;
      b[i] = i * 2.0;
  }

  // вычисляем сумму массивов
#pragma omp parallel for shared(a, b, c) private(i)
   for (i = 0; i < N; i++)
     c[i] = a[i] + b[i];

  printf ("%f\n", c[10]);
  return 0;
}

Реализации

OpenMP поддерживается многими современными компиляторами.

Компиляторы Sun Studio поддерживают спецификацию OpenMP 2.5 с поддержкой операционной системы Solaris ; поддержка Linux запланирована на следующий выпуск ^{[ уточнить ]} . Эти компиляторы 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.

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 .

В GCC начиная с версии 4.2 реализована поддержка OpenMP для Си, C++ и Фортрана (на базе gfortran ), а некоторые дистрибутивы (такие как Fedora Core 5) включили поддержку в GCC 4.1. В Clang и LLVM 3.7 поддерживается OpenMP 3.1. .

Intel C++ Compiler , Intel Fortran Compiler и Intel Parallel Studio поддерживают версию OpenMP 3.0, а также Intel Cluster OpenMP для программирования в системах с распределённой памятью. Существуют также реализации в компиляторах IBM XL compiler, PGI (Portland group), Pathscale, HP ^{[ уточнить ]} .

См. также

• Intel Threading Building Blocks — библиотека для параллельного программирования на C++
• MPI (Message Passing Interface) — интерфейс обмена сообщений между процессами
• OpenCL — открытый каркас для параллельных вычислений на графических и центральных процессорах
• OpenACC

Примечания

Ссылки

• — официальный сайт OpenMP

Intel Software Network (рус.)

• Richard Gerber. (неопр.) . Intel Software Network (5 июня 2009). Дата обращения: 11 февраля 2010. Архивировано из 3 марта 2012 года.
• Richard Gerber. (неопр.) . Intel Software Network (5 июня 2009). Дата обращения: 11 февраля 2010. Архивировано из 3 марта 2012 года.
• Andrey Karpov. (неопр.) . Intel Software Network (5 января 2010). Дата обращения: 11 февраля 2010. Архивировано из 3 марта 2012 года.

viva64.com (рус.)

• (рус.)
• (рус.)

Другие источники

• от 16 февраля 2019 на Wayback Machine (рус.)
• (рус.)
• от 1 февраля 2008 на Wayback Machine (рус.) — базовая статья на сайте от 23 января 2008 на Wayback Machine
• (рус.)
• от 20 апреля 2008 на Wayback Machine (рус.) — Учебный курс на сайте Intuit.ru
• от 29 мая 2015 на Wayback Machine (рус.)
• от 26 октября 2007 на Wayback Machine (англ.)