使用OpenMP进行Fortran并行编程
"OpenMP是用于并行编程的一种标准API,尤其在Fortran语言中广泛应用。这份文档由Miguel Hermanns编写,主要介绍了如何使用OpenMP在Fortran 95中进行并行编程,涵盖了OpenMP的基础概念、各种并行构造以及同步原语等内容。" OpenMP Fortran Application Program Interface (API) 是一个库,它允许程序员通过添加特定的编译器指示来使Fortran代码并行化。OpenMP为并行编程提供了一种简洁且高效的接口,特别是在科学计算和高性能计算领域。 1.1 基本介绍 历史回顾:OpenMP起源于1998年,由几家主要的计算机制造商和软件供应商联合创建,旨在为共享内存并行计算提供一个跨平台的标准。它的目标是简化多线程编程,使得并行化成为可能,而无需深入理解底层硬件细节。 参与者:OpenMP的参与者包括了程序员、编译器开发者、工具提供商等,他们共同维护和更新OpenMP规范,确保其在不同平台上的一致性和兼容性。 文档目的:此文档旨在为Fortran开发者提供一个关于OpenMP的指南,帮助他们理解和使用OpenMP指令进行并行编程。 1.2 基本概念 OpenMP的指示通常以预处理器指令的形式出现,如`!$OMP`,它们在源代码中作为注释,但会被编译器识别处理。Sentinels(哨兵)是这些指示的标识,用于开启或关闭并行区域。 1.2.1 并行区域构造:`!$OMP PARALLEL`指示开始一个并行区域,其中的代码将在多个线程中执行,而`!$OMP END PARALLEL`则标志着并行区域的结束。 2. OpenMP构造 2.1 工作共享构造:这些构造将任务分配给并行区域中的线程。 - `!$OMP DO` / `!$OMP END DO`用于循环并行化,每个线程处理循环的一部分。 - `!$OMP SECTIONS` / `!$OMP END SECTIONS`用于将代码块分配给不同的线程。 - `!$OMP SINGLE` / `!$OMP END SINGLE`确保代码只在一个线程上执行,通常用在初始化或控制流决策中。 - `!$OMP WORKSHARE` / `!$OMP END WORKSHARE`将工作负载分发到所有线程。 2.2 组合并行工作共享构造:这些构造结合了并行和工作共享,如并行循环。 - `!$OMP PARALLEL DO` / `!$OMP END PARALLEL DO`启动一个并行化的循环。 - `!$OMP PARALLEL SECTIONS` / `!$OMP END PARALLEL SECTIONS`将代码块并行化为多个部分。 - `!$OMP PARALLEL WORKSHARE` / `!$OMP END PARALLEL WORKSHARE`与`WORKSHARE`类似,但在并行环境中运行。 2.3 同步构造:这些构造用于控制线程间的同步,防止数据竞争。 - `!$OMP MASTER` / `!$OMP END MASTER`定义一个只有主线程执行的代码段。 - `!$OMP CRITICAL` / `!$OMP END CRITICAL`用于保护临界区,确保同一时间只有一个线程能执行该段代码。 - `!$OMP BARRIER`强制所有线程在继续执行前等待其他线程到达屏障点。 - `!$OMP TASKWAIT`等待所有已启动的任务完成。 此外,还有其他高级特性,如动态调度、任务(Task)、队列管理、原子操作和并行环境的设置等。理解并掌握这些OpenMP构造是实现高效并行程序的关键,它们可以帮助充分利用多核处理器的计算能力,显著提升程序性能。
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