OpenMP Fortran编程基础教程
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更新于2024-07-26
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“这是一份关于OpenMP的入门教程,旨在帮助初学者理解并掌握OpenMP在Fortran 95中的应用。文档由Miguel Hermanns编写,详细介绍了OpenMP的基础知识和主要构造,包括工作共享、同步和并行区域等概念。”
OpenMP(Open Multi-Processing)是一种并行编程模型,它为共享内存多处理器系统提供了一种简单而有效的接口。在Fortran 95中使用OpenMP,开发者可以将串行代码转化为并行代码,从而充分利用多核处理器的计算能力。
1. OpenMP Fortran Application Program Interface (API)
OpenMP API为Fortran程序员提供了若干关键的编译器指令和运行时库函数,以实现并行化。这些指令以预处理宏的形式存在,通常以`!$OMP`开头。
1.1 基本概念
- 历史背景:OpenMP的发展始于1998年,由多家计算机硬件和软件公司共同发起,旨在简化并行编程。
- 参与者:OpenMP标准由OpenMP Architecture Review Board (ARB)维护,成员包括各种硬件和软件供应商,以及学术界。
- 文档目的:这份文档旨在为初学者提供一个清晰的OpenMP入门指南,解释其基本原理和使用方法。
1.2 基本要素
- 指令哨兵:OpenMP指令通常与特定的哨兵一起使用,如`!$OMP`,用于指示编译器进行并行处理。
- 并行区域:`!$OMP PARALLEL`是并行区域的开始,`!$OMP END PARALLEL`则表示并行区域结束。在并行区域内,任务可以被多个线程并行执行。
2. OpenMP构造
- 工作共享构造:这些构造允许将任务分配给线程组。
- 循环并行化:`!$OMP DO`和`!$OMP END DO`用于将循环并行化,线程们各自处理循环的一部分。
- 部分并行化:`!$OMP SECTIONS`和`!$OMP END SECTIONS`用于将程序分为多个部分,每个部分由单独的线程执行。
- 单例:`!$OMP SINGLE`确保只有一个线程执行特定的代码块。
- 工作共享:`!$OMP WORKSHARE`和`!$OMP END WORKSHARE`使得所有线程并行执行同一块代码。
- 组合并行工作共享构造:将并行和工作共享结合,例如:
- 并行循环:`!$OMP PARALLEL DO`和`!$OMP END PARALLEL DO`创建一个并行的循环结构。
- 并行部分:`!$OMP PARALLEL SECTIONS`和`!$OMP END PARALLEL SECTIONS`用于并行执行代码的多个部分。
- 并行工作共享:`!$OMP PARALLEL WORKSHARE`和`!$OMP END PARALLEL WORKSHARE`将并行和工作共享特性结合。
- 同步构造:确保线程间的正确同步,避免数据竞争。
- 主线程:`!$OMP MASTER`指定一个线程作为主线程,`!$OMP END MASTER`恢复到并行模式。
- 其他同步指令如`!$OMP BARRIER`用于所有线程等待,确保所有线程到达某个点后再继续执行。
通过这个OpenMP入门教程,学习者将能够理解和应用OpenMP的关键特性,从而编写出高效的并行Fortran程序,利用多核处理器的计算潜力。同时,这份文档也提供了实际示例和解释,使学习过程更加直观和实用。
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