Всего за 5.99 руб. Купить полную версию
Задание. Изучите в Википедии следующие статьи и выясните, что означают эти термины:
«Multiprocessing» или «Многопроцессорность»;
«Multithreading (computer architecture)» или «Многопоточность»;
«Многоядерный процессор» или «Multi-core processor»;
«OpenMP».
Задание. Изучите историю разработки технологии и версии спецификаций для обоих языков программирования:
https://www.openmp.org/specifications/.
OpenMP использует наиболее распространённую модель параллелизма:
Single Instruction Multiple Data (SIMD).
В этом случае параллельная часть программы состоит из нескольких одинаковых потоков, которые обрабатывают разные наборы данных.
Задание. Изучите в Википедии статьи «SIMD» и «Таксономия Флинна». Выясните, что такое SIMD.
2.2. Многопоточность
Использование OpenMP проще всего изучать на компьютере с одним многоядерным процессором.
Чтобы сделать из последовательной программы параллельную, разработчику нужно добавить всего несколько строк. Компилятор может игнорировать директивы распараллеливания. В этом случае мы получаем исходную последовательную программу. Если настроить компилятор на использование OpenMP, он автоматически сгенерирует и скомпилирует параллельную программу.
В технологии OpenMP происходит динамическое создание потоков. В процессе работы программа может создавать и уничтожать дополнительные потоки (рис. 2.1). Такая модель условно называется «fork-join». Это означаетразделение программына несколько параллельных веток, выполнение работы параллельном режиме и последующее слияние в одну последовательную ветку.
Рис. 2.1. Модель распараллеливания fork-join
Задание. Изучите в Википедии статью «Fork join».
2.3. Термины OpenMP
В технологии OpenMP используют следующие понятия и термины.
Construct Конструкция директива и следующий за ней структурный блок команд (часть программы, ограниченная фигурными скобками).
Directive Директива строка, начинающаяся как #pragma omp и определяющая поведение программы.
Thread Поток часть программы, которая может выполняться последовательно на одном ядре.
Master thread Главный поток поток, который существует на протяжении всего времени выполнения процесса и который создаёт группу параллельных потоков (Team) при входе в параллельную область.
Team Группа параллельных потоков один или несколько потоков, которые участвуют в выполнении какой-либо конструкции языка.
Параллельная программа состоит из параллельных и последовательных областей.
Parallel region Параллельная область часть программы, которая может выполняться несколькими потоками.
Serial region Последовательная область часть программы, которая выполняется только главным потоком.
Переменные делятся на два вида в зависимости от способа доступа:
Private уникальная переменная, доступная только внутри потока.
Shared общая переменная, доступная всем параллельным потокам в рамках одной группы.
2.4. Ответственность разработчика
Лёгкость распараллеливания оборачивается повышением ответственности программиста.
Конкретная реализация OpenMP (среда разработки, компилятор и библиотека) не обязательно проверяет корректность распараллеливания и возникновение следующих нежелательных ситуаций:
Dependencies зависимости по данным между параллельными потоками;
Conflicts конфликты доступа к данным;
Deadlocks тупиковые ситуации (взаимная блокировка);
Race conditions ситуация гонки за доступ к данным.
Как видим, все эти ситуации связаны с обращением к общим данным из нескольих параллельных потоков. В последовательных программах таким проблем просто не может возникнуть.
Ответственность за корректность составления программы лежит полностью на составителе программы. Все эти положения можно найти в тексте спецификации OpenMP.
2.5. Инструменты OpenMP
Для реализации параллелизма в технологии OpenMP используют три вида инструментов:
Directives Директивы компилятора;
Library functions Готовые библиотечные функции;
Environment variables Переменные среды (параметры окружения).
2.5. Среда разработки
Всё программное обеспечение, используемое в данной работе, является бесплатным и доступно на официальных сайтах фирм-разработчиков. Программы устанавливают в операционной системе Microsoft Windows.
Интегрированная среда разработки Microsoft Visual Studio Community Edition предоставляется бесплатно для студентов, индивидуально работающих программистов и разработчиков программного обеспечения с открытым исходным кодом Open Source.
В данной работе мы будем использовать Visual Studio. Не потому, что это самый лучший компилятор. И не потому, что мы хотели бы заработать на рекламе конкретного программного продукта. Просто под руку попалось. Работает для наших задач и на том спасибо.
Желающие могут работать в любой другой операционной системе и использовать любой другой компилятор языка программирования Си. Всё, что требуется это поддержка технологии распараллеливания OpenMP.
Устанавливаем Visual Studio.
Переходим на сайт:
https://visualstudio.microsoft.com/.
Выбираем версию Community Edition (рис. 2.2). Она бесплатна для учебных и некоммерческих целей.
Рис. 2.2. Выбор версии среды разработки