OpenMP在Fortran95中的并行计算指南

"使用OpenMP进行Fortran95并行计算" OpenMP是一种并行编程模型，它允许程序员在共享内存多处理器系统上编写高效的并行代码。在Fortran95中，OpenMP提供了一组丰富的接口，这些接口是通过预处理指令（pragma）来实现的，使得Fortran程序员可以轻松地将串行代码转换为并行代码，从而利用多核处理器的计算能力。 **第一章 OpenMP Fortran应用程序接口界面** 1.1 **简介** OpenMP的历史可以追溯到1990年代，作为一种开放标准，旨在简化并行编程。它由一组库函数和编译器指令组成，适用于多种编程语言，包括Fortran。本文档旨在介绍如何在Fortran95中使用OpenMP进行并行计算。 1.1.1 **历史回顾** OpenMP的发展是为了应对多处理器系统的需求，它提供了简单易用的接口，使得并行编程变得更加直观。 1.1.2 **参与者** OpenMP的开发和维护涉及了多个硬件和软件供应商，以及学术界的贡献。 1.1.3 **关于本文档** 本文档是针对Fortran95程序员的，详细介绍了OpenMP的各种指令和使用方法。 **第二章 OpenMP构件** 2.1 **Work-sharing构件** Work-sharing构件用于分配任务到并行区域中的线程，确保工作负载的均衡。 2.1.1 **!$OMPDO/!$OMPENDDO** 这是对do循环的并行化，允许循环体的每个迭代由不同的线程执行。 2.1.2 **!$OMPSECTIONS/!$OMPENDSECTIONS** sections构造允许将一系列任务分派给线程，每个线程执行一个section。 2.1.3 **!$OMPSINGLE/!$OMPENDSINGLE** single构造确保只有一个线程执行特定的代码段。 2.1.4 **!$OMPWORKSHARE/!$OMPENDWORKSHARE** workshare用于并行执行一组语句，通常与块结构一起使用。 2.2 **Combined parallel work-sharing构件** 这些构造结合了并行和work-sharing，提高代码的灵活性。 2.2.1 **!$OMPPARALLELDO/!$OMPENDPARALLELDO** 在并行区域内并行化do循环。 2.2.2 **!$OMPPARALLELSECTIONS/!$OMPENDPARALLELSECTIONS** 并行执行sections。 2.2.3 **!$OMPPARALLELWORKSHARE/!$OMPENDPARALLELWORKSHARE** 在并行区域内并行化work-sharing块。 2.3 **Synchronization constructs（同步构件）** 这些构件确保线程之间的正确同步，避免数据竞争。 2.3.1 **!$OMPMASTER/!$OMPENDMASTER** Master构造指定只由主线程执行的代码。 2.3.2 **!$OMPCRITICAL/!$OMPENDCRITICAL** critical区保证同一时刻只有一个线程执行该段代码。 2.3.3 **!$OMPBARRIER** barrier指令让所有线程在继续执行之前等待其他线程到达同一位置。 2.3.4 **!$OMPATOMIC** 原子操作确保对共享变量的更新是不可分割的。 2.3.5 **!$OMPFLUSH** 指令强制所有线程刷新其缓存，确保数据一致性。 2.3.6 **!$OMPORDERED/!$OMPENDORDERED** 有序构造允许在并行区域内的线程按顺序执行。 2.4 **Data environment constructs** 这些构件定义了数据的可见性和共享性。 2.4.1 **!$OMPTHREADPRIVATE(list)** 将变量声明为线程私有，每个线程有自己的副本。 **第三章 PRIVATE, SHARED & Co.** 3.1 **Data scope attribute clauses** 这些子句用于控制变量在并行区域内的行为。 3.1.1 **PRIVATE(list)** 私有变量列表，每个线程都有自己的独立副本。 3.1.2 **SHARED(list)** 共享变量列表，所有线程可以访问。 3.1.3 **DEFAULT(PRIVATE|SHARED|NONE)** 默认行为设置，决定未明确指定的变量的可见性。 通过熟练掌握这些OpenMP指令和构件，Fortran95程序员可以有效地利用多核处理器的并行能力，提高程序的运行效率，尤其是在科学计算和大数据处理等领域。然而，正确地管理和同步数据、避免竞态条件和死锁等问题，是并行编程中的关键挑战，需要仔细设计和调试。