使用OpenMP进行Fortran 95并行编程

"这份文档是关于使用OpenMP在Fortran 95中进行并行编程的教程，由Miguel Hermanns撰写，来自西班牙马德里理工大学航空航天工程学院。文档介绍了OpenMP Fortran应用编程接口的基础知识，包括各种并行构造、工作共享和同步构造，旨在帮助开发者理解如何在Fortran程序中实现并行化处理。" OpenMP是一种流行的并行编程模型，它允许程序员通过添加简单的指令（称为“pragma”）到源代码中来实现并行化。在Fortran 95中结合OpenMP，可以极大地提升科学计算和数值分析等领域的性能，因为这些任务通常涉及大量可并行化的计算。 1. OpenMP Fortran应用编程接口 (API) - 历史回顾: OpenMP最初是由主要的硬件供应商和软件开发商共同创建的，目的是提供一个跨平台的并行编程标准。 - 参与者: 开发者、研究人员和学者，以及那些希望利用多核处理器和多处理器系统提高计算效率的用户。 - 文档目标: 为Fortran程序员提供OpenMP的基本概念和用法，指导他们如何有效地利用并行性。 2. 并行区域构造 - 使用`!$OMP PARALLEL`和`!$OMP END PARALLEL`来定义并行区域，这是OpenMP的基础，其中的工作会被分配到多个线程执行。 3. 工作共享构造 - `!$OMP DO` 和 `!$OMP END DO`: 控制循环的并行执行，循环体中的工作被分割给不同线程。 - `!$OMP SECTIONS` 和 `!$OMP END SECTIONS`: 将代码块划分为多个部分，每个部分由单独的线程执行。 - `!$OMP SINGLE` 和 `!$OMP END SINGLE`: 仅在一个线程上执行的代码，常用于初始化或控制流程。 - `!$OMP WORKSHARE` 和 `!$OMP END WORKSHARE`: 用于并行化包含在其中的结构，如循环或代码块。 4. 组合并行工作共享构造 - `!$OMP PARALLEL DO` 和 `!$OMP END PARALLEL DO`: 同时启动并行区域和工作共享循环，线程并行处理循环迭代。 - `!$OMP PARALLEL SECTIONS` 和 `!$OMP END PARALLEL SECTIONS`: 在并行区域中并行执行多个代码段。 - `!$OMP PARALLEL WORKSHARE` 和 `!$OMP END PARALLEL WORKSHARE`: 将并行区域内的整个代码块并行化。 5. 同步构造 - `!$OMP MASTER` 和 `!$OMP END MASTER`: 标识仅在主线程（即第一个创建的线程）上执行的代码，用于协调和控制其他线程。 - 其他同步构造包括`!$OMP BARRIER`（所有线程必须到达的同步点）、`!$OMP CRITICAL`（保护临界区，确保同一时间只有一个线程访问）和`!$OMP TASK`（用于异步任务并行）等。 这个文档详细解释了OpenMP的各个元素，并提供了示例代码，是学习如何在Fortran 95中使用OpenMP进行并行编程的宝贵资源。通过掌握这些概念和实践，开发者能够编写出高效利用多核处理器能力的程序，从而显著提高计算性能。