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OpenMP模式下多线程文件操作 - Augusdi的专栏

[日期:2013-04-15] 来源:  作者: [字体: ]

项目背景:

      为了提升项目的运行效率,考虑多线程技术。最近OpenMP技术很热,咱也凑凑热闹,也为了充分发挥电脑硬件的能力。

 

硬件:

      酷睿2双核 2.2GHz

      3G 内存

 

软件:

      Visual Studio 2010 旗舰版

      Windows 7 旗舰版 32bit

 

难点:

      由于多个线程操作同一个文件,很有可能存在线程冲突。

 

OpenMP:

      1. 必须的头文件 <omp.h>

 

      2. #pragma omp 预处理指示符指定要采用OpenMP。 例如通过 #pragma om parallel for 来指定下方的for循环采用多线程执行,此时编译器会根据CPU的个数来创建线程数。对于双核系统,编译器会默认创建两个线程执行并行区域的代码。

      示例代码:

     

  1. #include <iostream>   
  2. #include <stdio.h>   
  3. #include <omp.h> // OpenMP编译需要包含的头文件   
  4.   
  5. int main()  
  6. {  
  7.    #pragma omp parallel for   
  8.    for (int i = 0; i < 100; ++i)  
  9.    {  
  10.       std::cout << i << std::endl;  
  11.    }  
  12.   
  13.    return 0;  
  14. }  

 

      3. OpenMP 常用库函数

      函数原型                                         功能

      int omp_get_num_procs(void)      返回当前可用的处理器个数

      int omp_get_num_threads(void)  返回当前并行区域中活动线程的个数,如果在并行区域外部调用,返回1

      int omp_get_thread_num(void)    返回当前的线程号(omp_get_thread_ID更好一些)

      int omp_set_num_threads(void)   设置进入并行区域时,将要创建的线程个数

      3.1 并行区域

     

  1. #pragma omp parallel  //大括号内为并行区域   
  2. {  
  3.     //put parallel code here.   
  4. }  

      3.2 库函数示例

     

  1. #include <iostream>   
  2. #include <omp.h>   
  3.   
  4. int main()  
  5. {  
  6.    std::cout << "Processors Number: " << omp_get_num_procs() << std::endl;  
  7.   
  8.    std::cout << "Parallel area 1" << std::endl;  
  9.    #pragma omp parallel   
  10.    {  
  11.       std::cout << "Threads number: " << omp_get_num_threads() << std::endl;  
  12.       std::cout << "; this thread ID is " << omp_get_thread_num() << std::endl;  
  13.    }  
  14.      
  15.    std::cout << "Parallel area 2" << std::endl;  
  16.    #pragma omp parallel   
  17.    {  
  18.       std::cout << "Number of threads: " << omp_get_num_threads() << std::endl;  
  19.       std::cout << "; this thread ID is " << omp_get_thread_num() << std::endl;  
  20.    }  
  21.   
  22.    return 0;  
  23. }  

     

      3.3 for循环并行化的基本用法

      3.3.1 数据不相关性

      利用openmp实现for循环的并行化,需满足数据的不相关性。

      在循环并行化时,多个线程同时执行循环,迭代的顺序是不确定的。如果数据是非相关的,那么可以采用基本的 #pragma omp parallel for 预处理指示符。

      如果语句S2与语句S1相关,那么必然存在以下两种情况之一:

      1. 语句S1在一次迭代中访问存储单元L,而S2在随后的一次迭代中访问同一存储单元,称之为循环迭代相关(loop carried dependence);

      2. S1和S2在同一循环迭代中访问同一存储单元L,但S1的执行在S2之前,称之为非循环迭代相关(loop-independent dependence)。

    

       3.3.2 for循环并行化的几种声明形式

      

  1. #include <iostream>   
  2. #include <omp.h>   
  3.   
  4. int main()  
  5. {  
  6.    //声明形式一   
  7.    #pragma omp parallel   
  8.    {  
  9.       #pragma omp for   
  10.       for (int i = 0; i < 10; ++i)  
  11.       {  
  12.          std::cout << i << std::endl;  
  13.       }  
  14.    }  
  15.   
  16.    //声明形式二   
  17.    #pragma omp parallel for   
  18.    for (int i = 0; i < 10; ++i)  
  19.    {  
  20.       std::cout << i << std:: endl;  
  21.    }  
  22.   
  23.    return 0;  
  24. }  

 

       上面代码的两种声明形式是一样的,可见第二种形式更为简洁。不过,第一种形式有一个好处:可以在并行区域内、for循环以外插入其他并行代码。

      

  1. //声明形式一   
  2. #pragma omp parallel   
  3. {  
  4.    std::cout << "OK." << std::endl;  
  5.    #pragma omp for   
  6.    for(int i = 0; i < 10; ++i)  
  7.    {  
  8.       std::cout << i << std::endl;  
  9.    }  
  10. }  
  11.   
  12.   
  13. //声明形式二   
  14. #pragma omp parallel for   
  15. //std::cout << "OK." << std::endl;      // error!   
  16. for(int i = 0; i < 10; ++i)  
  17. {  
  18.    std::cout << i << std::endl;  
  19. }  

 

       3.3.3 for 循环并行化的约束条件

       尽管OpenMP可以很方便地对for循环进行并行化,但并不是所有的for循环都可以并行化。下面几种情形的for循环便不可以:

       1. for循环的循环变量必须是有符号型。例如,for(unsigned int i = 0; i < 10; ++i){...}编译不通过。

       2. for循环的比较操作符必须是<, <=, >, >=。例如,for(int i = 0; i != 10; i++)编译不通过。

       3. for循环的增量必须是整数的加减,而且必须是一个循环不变量。例如,for(int i = 0; i < 10; i = i+1)编译不通过,感觉只能++i, i++, --i, i--。

       4. for循环的比较操作符如果是<, <=,那么循环变量只能增加。例如,for(int i = 0; i != 10; --i)编译不通过。

       5. 循环必须是单入口,单出口。循环内部不允许能够达到循环以外的跳出语句,exit除外。异常的处理也不必须在循环体内部处理。例如,如循环体内的break或者goto语句,会导致编译不通过。

 

       3.3.4 基本for循环并行化示例

      

  1. #include <iostream>   
  2. #include <omp.h>   
  3.   
  4. int main()  
  5. {  
  6.    int a[10] = {1};  
  7.    int b[10] = {2};  
  8.    int c[10] = {3};  
  9.   
  10. #pragma omp parallel   
  11. {  
  12.    #pragma omp for   
  13.    for(int i = 0; i < 10; ++i)  
  14.    {  
  15.       //c[i]只与a[i]和b[i]相关   
  16.       c[i] = a[i] + b[i];  
  17.    }  
  18. }  
  19.   
  20.    return 0;  
  21. }  

 

       3.3.5 嵌套for循环

      

  1. #include <iostream>   
  2. #include <omp.h>   
  3.   
  4. int main()  
  5. {  
  6.    #pragma omp parallel   
  7.    {  
  8.       #pragma omp for   
  9.       for(int i = 0; i < 10; ++i)  
  10.       {  
  11.          for(int j = 0; j < 10; ++j)  
  12.          {  
  13.             c[i][j] = a[i][j] + b[i][j];  
  14.          }  
  15.       }  
  16.    }  
  17.   
  18.    return 0;  
  19. }  

       编译器会让第一个CPU完成

      

  1. for(int i = 0; i < 5; ++i)  
  2. {  
  3.     for(int j = 0; j < 5; ++j)  
  4.     {  
  5.        c[i][j] = a[i][j] + b[i][j];  
  6.     }  
  7. }  

       让第二个CPU完成

      

  1. for(int i = 5; i < 10; ++i)  
  2. {  
  3.    for(int j = 5; j < 10; ++j)  
  4.    {  
  5.       c[i][j] = a[i][j] + b[i][j];  
  6.    }  
  7. }  

 

未完待续......





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