Fortran95 OpenMP并行编程指南：从入门到实践

本文档深入探讨了Fortran95中的并行编程技术，特别是使用OpenMP进行程序设计。作者Miguel Hermanns来自西班牙马德里理工大学的动力工程系，专注于航空工程领域，他的电子邮件地址为hermanns@tupi.dmt.upm.es。文档发布于2002年4月19日，内容涵盖了OpenMP应用编程接口（API）的基本概念、工作共享构造、同步构造等关键部分。 1. **OpenMP Fortran API简介** - **历史回顾**：OpenMP是一个跨平台的并行编程模型，最初是为了简化C和C++语言的并行化而设计。随着时间的推移，它也扩展到了Fortran95，旨在提供易于使用的指令集，使得程序员能够轻松地在多核处理器上实现并行计算。 - **参与者**：OpenMP被多个组织支持，包括各大计算机制造商和学术界，旨在通过标准统一并简化并行编程的复杂性。 2. **基本概念** - **OpenMP指令的标志**：文章介绍了用于标记并行代码段的关键符号，如`!$OMP DO`、`!$OMP END DO`等，这些指令告诉编译器如何分割任务并在多个线程中执行。 - **并行区域构造**：OpenMP提供了平行区（parallel region）的概念，通过`!$OMP PARALLEL`开始一个并行区域，所有在此区域内的线程将同时执行。 3. **工作共享构造** - **!$OMP DO/!$OMP END DO**：这是最基本的并行循环，可以将循环任务分解为多个子任务，分配给不同线程执行。 - **!$OMP SECTIONS/!$OMP END SECTIONS**：允许将任务分为多个独立的段（sections），每个段可以在不同的线程中并发执行。 - **!$OMP SINGLE/!$OMP END SINGLE**：确保在单个线程中执行特定操作，适用于全局变量初始化或清理等任务。 - **!$OMP WORKSHARE/!$OMP END WORKSHARE**：对数组元素进行负载均衡分配，确保每个线程处理相同数量或比例的数据。 4. **组合并行工作共享构造** - **!$OMP PARALLEL DO/!$OMP END PARALLEL DO**：类似于`!$OMP DO`，但整个循环都在并行执行，提高了并行性能。 - **!$OMP PARALLEL SECTIONS/!$OMP END PARALLEL SECTIONS**：允许在并行区域内有多个独立的并行任务。 - **!$OMP PARALLEL WORKSHARE/!$OMP END PARALLEL WORKSHARE**：与`!$OMP WORKSHARE`类似，但在并行环境中使用。 5. **同步构造** - **!$OMP MASTER/!$OMP END MASTER**：指定一个线程作为其他线程的协调者，执行特定的控制操作。 - **其他同步机制**：还包括`!$omp barrier`（同步点）、`!$omp critical`（互斥区）等，用于控制线程间的同步和通信。 这篇文档详细解释了如何利用Fortran95的OpenMP并行编程接口进行高效的并行计算，从基础的指令和构造到高级的同步机制，为开发者提供了一个实用的指南。通过学习这些内容，程序员可以更好地理解和利用OpenMP来优化其程序，提升计算性能。