Рис. 4.5. Параллельный цикл
В нашей программе все параллельные потоки будут работать с одной общей переменной S. Для последовательной программы это не представляет каких-то проблем.
Запускаем командное окно и переходим в каталог с исполняемым файлом.
Задаём выполнение в один поток:
set OMP_NUM_THREADS=1.
Запускаем программу несколько раз (рис. 4.6).
Видим, что результат каждый раз получается правильный. Он соответствует количеству итераций цикла, заданному в нашей программе.
Рис. 4.6. Запуск одного потока
Задание. Создайте программу (рис. 4.5) и запустите её несколько раз. Обратите внимание на полученные результаты.
Попробуем запускать программу несколько раз, не загромождая экран лишним текстом. Для этого создадим пакетный файл (рис. 4.7).
Напомним, что пакетный файл это текстовый файл, в котором вызываются команды операционной системы. То, что мы обычно набираем в командной строке вручную. Здесь также можно использовать дополнительные команды, напоминающие привычный язык программирования.
В первой строчке пакетного файла мы отключаем вывод на экран вводимой команды:
@echo off.
В следующих строчках мы несколько раз запускаем нашу программу на выполнение. Расширение имени файла EXE не указываем.
Сохраняем файл в каталоге Release там же, где находится наш исполняемый файл. Указываем имя файла 08 и расширение имени CMD. Это сокращение от слова COMMAND. Можно также использовать традиционное расширение BAT от слова BATCH «пакетный файл».
Рис. 4.7. Пакетный файл
Задание. Создайте пакетный файл (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Пакетный файл
Задание. Создайте пакетный файл (рис. 4.7).
Возвращаемся в командное окно. Переходим в каталог Release нашего текущего проекта (рис. 4.8). Вводим команду dir. Убеждаемся, что в текущем каталоге появился пакетный файл 08.cmd. Здесь же видим нас исполняемый файл с расширением EXE.
Рис. 4.8. Каталог Release
Запускаем наш пакетный файл. Вводим название файла, не указывая его расширение:
08.
Программа запускалась десять раз. Во всех случаях ответ правильный (рис. 4.9).
Рис. 4.9. Пакетный запуск программы
Задание. Запустите пакетный файл и изучите полученные результаты.
Мы создали первый пакетный файл и ввели нашу команду несколько раз. В пакетном файле можно организовать цикл. Традиционный цикл FOR со счётчиком. Тогда файл получается покороче и попроще.
Первая строчка отменяет вывод выполняемых команд на экран как в предыдущем примере:
@echo off.
Вторая строчка цикл FOR.
Имя счётчика цикла в пакетном файле начинается с двух символов процента:
%%i.
Ключ /L позволяет указать диапазон значений счётчика и шаг изменения.
Далее мы указываем диапазон значений от единицы до десяти с единичным шагом:
(1, 1, 10).
Тело цикла наша команда запуск программы на выполнение.
Запускаем пакетный файл (рис. 4.10).
Результаты нас устраивают.
Последовательное выполнение программы не даёт ошибок в расчётах.
Рис. 4.10. Цикл в пакетном файле
Задание. Создайте пакетный файл (рис. 4.10) и запустите его.
Теперь запустим несколько потоков.
Установим три потока:
set OMP_NUM_THREADS=3.
Запускаем пакетный файл.
Получаем десять разных результатов (рис. 4.11).
За возникновение таких нежелательных ситуаций отвечает программист. Так что составление параллельных программ требует дополнительного обучения.
Рис. 4.11. Результаты гонки
Задание. Запустите пакетный файл, задавая разное количество параллельных потоков. Обратите внимание на ошибки в расчётах.
4.2.2. Редукция
Более грамотный стиль параллельного программирования включает использование специальных возможностей. Мы рассмотрим одну из них.
При параллельном решении большой задачи возникает проблема «сбора промежуточных (частичных) сумм». Каждый поток обсчитывает свою часть задачи и получает часть общей суммы. После этого нужно собрать все частичные суммы и сложить их. Такая операция нужна очень часто. Поэтому была разработана готовая процедура «редукции».
Английское слово REDUCTION в данном конкретном случае означает «сворачивание, собирание, соединение, объединение, сведение».
Мы будем использовать параметр reduction в директиве pragma:
#pragma omp parallel for reduction (+: S).
Эта конструкция позволяет автоматически организовать параллельные вычисление и сбор частичных сумм.
Знак [+] указывает, что будет найдена сумма (есть и другие операции).
S переменная, с которой будем работать.
Составляем программу (рис. 4.12).
При входе в параллельную область в каждом потоке создаётся локальная копия переменной S. Это механизм напоминает создание локальной переменной внутри подпрограммы. Из других модулей к локальной переменной доступа нет.
Слово ЛОКАЛЬНЫЙ буквально означает «местный, внутренний».
Рис. 4.12. Редукция
Создаём пакетный файл, аналогичный рассмотренному.
Переходим в командное окно и задаём разное количество параллельных потоков.
Запускаем пакетный файл.
Смотрим на результаты (рис. 4.13).
Последовательный запуск даёт правильные результаты.
Рис. 4.13. Последовательный запуск
Задаём несколько потоков.
Задаём несколько потоков.
Запуск тоже даёт правильные результаты (рис. 4.14).