OpenMP编程基础：并行共享任务结构解析

"本文档介绍了OpenMP的基本概念和编程模型，包括其历史、目标、编程接口及并行执行模型。OpenMP是一种应用于共享内存体系结构的并行编程模型，主要由编译制导语句、运行库例程和环境变量组成，支持增量并行化。" OpenMP是一个广泛接受的标准，它提供了一种在共享内存多处理器系统上进行并行编程的方法。OpenMP API由三部分组成：编译制导语句（如`parallel for`和`parallel sections`），运行库例程以及环境变量。这些组件使得程序员能够方便地添加并行性到现有的串行代码中，实现增量并行化，即逐步将并行性引入程序。 编译制导语句是OpenMP中的一种关键特性，它们是嵌入到源代码中的特殊注释，告诉编译器如何处理特定的代码段。例如，`parallel for`用于并行化循环，允许多个线程同时处理循环的不同迭代。`parallel sections`则用于并行执行多个代码段，每个代码段可以在不同的线程上独立运行。 OpenMP的并行执行模型基于Fork-Join模型。在这个模型中，主线程（也称为父线程）创建并启动多个子线程来执行并行任务。当所有子线程完成工作后，它们会“join”回主线程，表示并行阶段结束，然后程序继续执行剩下的串行代码。 在OpenMP的编程模型中，程序员可以通过设置环境变量来影响并行执行的行为，比如控制并行度或者指定特定的并行行为。此外，OpenMP的运行库例程提供了更细粒度的控制，允许动态调整并行性或同步线程。 OpenMP的历史可以追溯到1994年，随着多个版本的发布，逐渐成为C、C++和Fortran等语言的标准，并被大多数硬件和软件供应商支持。OpenMP的目标是保持标准一致性，简洁易用，提高可移植性，以简化并行编程的复杂性。 OpenMP程序通常遵循一定的结构，例如在Fortran中，可以将OpenMP指令插入到程序中，以标记需要并行化的部分。在上述示例中，`! Serial code`后面的注释可能指示着该部分代码是串行执行的，而`!$OMP PARALLEL DO`之类的指令则表明接下来的循环应并行执行。 通过理解和熟练运用OpenMP，开发者可以有效地利用多核处理器的计算能力，提高程序的运行效率，尤其适用于那些包含大量可并行化计算的任务。