Fortran 95 OpenMP并行编程详解

本文档详细介绍了如何在Fortran 95中使用OpenMP进行并行编程。OpenMP是一种并行编程模型，它允许在Fortran代码中嵌入并行指令，以便在多核处理器或分布式系统上有效地利用计算资源。作者Miguel Hermanns，来自西班牙马德里理工大学的航空工程学院，探讨了OpenMP的关键特性、应用接口以及主要的并行和同步构造。 1. **OpenMP Fortran Application Program Interface (API)**: - **历史回顾**：OpenMP自1997年首次发布以来，随着计算机硬件的发展，经历了多个版本的更新，旨在简化并行编程。 - **参与者与文档目的**：文档的目标是为Fortran开发者提供一个清晰指南，介绍如何通过OpenMP实现程序并行化，包括并行区域的定义、工作共享控制和同步机制。 2. **基本概念与指令**: - **开放式并行指令**：OpenMP使用特定的前缀符号（如`!$OMP`）来标记并行区域，如`!$OMP DO`用于定义并行循环，`!$OMP SECTION`则用于并行执行独立任务。 - **条件编译**：OpenMP指令可以配合条件编译语句，根据目标平台的特性启用或禁用并行功能。 3. **工作共享构造**： - `!$OMP DO`：控制循环的并行执行，所有循环迭代可以并行处理。 - `!$OMP SECTIONS`：将任务划分为多个并行部分，每个部分可以独立执行。 - `!$OMP SINGLE`：保证在单个线程上执行一段代码，通常用于初始化或清理操作。 - `!$OMP WORKSHARE`：在循环中分配任务，所有线程处理相同数量的工作单元。 4. **组合并行工作共享构造**： - `!$OMP PARALLEL DO`：对整个循环进行并行化，所有迭代同时执行。 - `!$OMP PARALLEL SECTIONS`：类似`!$OMP SECTIONS`，但适用于整个程序的并行化。 - `!$OMP PARALLEL WORKSHARE`：扩展的循环并行化，类似于`!$OMP WORKSHARE`，但在并行范围内。 5. **同步构造**： - `!$OMP MASTER`：指定一个线程作为协调者，执行特定的同步操作。 - 其他同步指令（如`!$omp barrier`，`!$omp critical`，`!$omp flush`等）用于控制线程间的通信和数据一致性。 总结来说，本篇文档为Fortran程序员提供了一套完整的工具，让他们能够利用OpenMP在Fortran 95中设计并行算法，优化计算性能。通过理解并使用这些并行构造，开发者能够有效地管理并行执行流程，实现高效的并行计算。