(2024年)并行程序设计导论之OpenMP编程指南.ppt

并行程序设计导论之OpenMP编程指南2024/3/261

OpenMP概述OpenMP基本原理OpenMP编程实践并行算法设计与优化多线程并发控制及同步机制内存访问优化与缓存一致性维护性能评价与调试技巧分享contents目录2024/3/262

01OpenMP概述2024/3/263

并行计算与OpenMPOpenMP通过提供一套编程接口和运行时库，使得程序员能够方便地使用多线程进行并行计算，从而加速程序的执行速度。OpenMP与并行计算关系并行计算是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程，其主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题。并行计算定义OpenMP是一种用于共享内存并行编程的API，在C/C和Fortran中广泛使用。它提供了一种简单、灵活的线程并行编程模型，支持多平台和多编译器。OpenMP简介2024/3/264

OpenMP起源OpenMP起源于1997年，由一组计算机硬件和软件厂商共同发起，旨在创建一个开放的、标准的并行编程模型。OpenMP版本演进自1998年发布第一个版本以来，OpenMP不断发展和完善，增加了对任务并行、加速器支持、原子操作、线程同步等功能的支持。OpenMP现状与未来目前，OpenMP已成为并行编程领域的事实标准之一，广泛应用于科学计算、工程仿真、数据分析等领域。未来，随着硬件技术的不断发展和应用需求的不断提高，OpenMP将继续发展并完善。OpenMP历史与发展2024/3/265

OpenMP在科学计算领域有着广泛的应用，如天气预报、气候模拟、油藏模拟等。科学计算在工程仿真领域，OpenMP可用于加速有限元分析、流体动力学仿真等计算过程。工程仿真在数据分析领域，OpenMP可用于加速数据挖掘、机器学习等算法的执行速度。数据分析此外，OpenMP还可应用于图像处理、密码学、生物信息学等领域。其他领域OpenMP应用领域2024/3/266

02OpenMP基本原理2024/3/267

共享内存模型OpenMP基于共享内存模型，多个线程可以访问和修改同一块内存空间，需要解决数据一致性和同步问题。分布式内存模型与MPI等基于分布式内存的并行计算模型不同，OpenMP不需要显式地进行数据分发和收集。任务并行模型OpenMP支持任务并行模型，可以将一个大任务划分成多个小任务，并行执行。并行计算模型2024/3/268

编译器制导指令OpenMP使用编译器制导指令（pragma）来指示并行代码块，编译器根据这些指令生成并行代码。运行时库OpenMP提供了一套运行时库，用于管理线程、同步和通信等操作。并行区域在OpenMP中，使用制导指令可以定义并行区域，指定哪些代码需要并行执行。OpenMP编程模型0302012024/3/269

OpenMP使用临界区（critical）来保护共享资源的访问，确保同一时间只有一个线程可以访问临界区。临界区原子操作（atomic）可以保证多个线程对同一内存位置的访问不会互相干扰，确保操作的原子性。原子操作屏障同步（barrier）可以确保所有线程都达到某个点后再继续执行，实现线程间的同步。屏障同步OpenMP支持数据共享和私有两种模式，可以通过制导指令来指定变量的共享或私有属性。数据共享与私有线程同步与通信机制2024/3/2610

03OpenMP编程实践2024/3/2611

配置编译环境设置环境变量，指定编译器路径和相关库文件路径。验证安装编写简单的OpenMP程序进行编译和运行，验证编译环境和工具链配置是否正确。安装支持OpenMP的编译器如GCC、Clang或Intel编译器等，确保编译器版本支持OpenMP标准。编译环境与工具链配置2024/3/2612

使用OpenMP的并行化指令，编写一个简单的HelloWorld程序，实现多个线程并行输出。编写程序编译程序运行程序使用支持OpenMP的编译器进行编译，添加相应的编译选项，如-fopenmp。执行编译后的程序，观察输出结果，验证程序的并行化效果。第一个OpenMP程序2024/3/2613

工作共享使用`#pragmaompfor`指令实现循环的并行化，将循环迭代分配给多个线程执行。并行区域使用`#pragmaompparallel`指令定义并行区域，实现代码的并行化执行。同步和互斥使用`#pragmaompcritical`、`#pragmaompbarrier`等指令实现线程间的同步和互斥操作，确保并行执行的正确性。原子操作使用`#pragmaompatomic`指令实现原子操作，确保对共享变量的更新操作是线程安全的。数据共享和私有变量使用`shared`、`private`等子句指定变量的共享属性，控制并行区域内变量的可见性和作用域。常用OpenMPAPI介绍