OpenMP多執行緒

OpenMP並行程式設計 轉載：http://blog.csdn.net/augusdi/article/details/8807119 OpenMP是一個支援共享儲存並行設計的庫，特別適宜多核CPU上的並行程式設計。今天在雙核CPU機器上試了一下OpenMP並行程式設計，發現效率方面超出想象，因此寫出來分享給大家。在VC8.0中專案的屬性對話方塊中，左邊框裡的“配置屬性”下的“C/C++”下的“語言”頁裡，將OpenMP支援改為“是/（OpenMP）”就可以支援OpenMP了。先看一個簡單的使用了OpenMP程式

int

main(int argc, char* argv[])
{
#pragma omp parallel for
for (int i = 0; i < 10; i++ )
{
printf("i = %d/n", i);
}
return 0;
}

這個程式執行後打印出以下結果： i = 0 i = 5 i = 1 i = 6 i = 2 i = 7 i = 3 i = 8 i = 4 i = 9 可見for 迴圈語句中的內容被並行執行了。（每次執行的列印結果可能會有區別）這裡要說明一下，#pragma

omp parallel for 這條語句是用來指定後面的for迴圈語句變成並行執行的，當然for迴圈裡的內容必須滿足可以並行執行，即每次迴圈互不相干，後一次迴圈不依賴於前面的迴圈。有關#pragma omp parallel for 這條語句的具體含義及相關OpenMP指令和函式的介紹暫時先放一放，只要知道這條語句會將後面的for迴圈裡的內容變成並行執行就行了。將for迴圈裡的語句變成並行執行後效率會不會提高呢，我想這是我們最關心的內容了。下面就寫一個簡單的測試程式來測試一下：

void test()
{
int a = 0;
clock_t t1 = clock();
for (int i = 0; i < 100000000; i++)
{
a = i+1;
}
clock_t t2 = clock();
printf("Time = %d/n", t2-t1);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
clock_t t1 = clock();
#pragma omp parallel for
for ( int j = 0; j < 2; j++ ){
test();
}
clock_t t2 = clock();
printf("Total time = %d/n", t2-t1);
test();
return 0;
}

在test()函式中，執行了1億次迴圈，主要是用來執行一個長時間的操作。在main（）函式裡，先在一個迴圈裡呼叫test()函式，只迴圈2次，我們還是看一下在雙核CPU上的執行結果吧： Time = 297 Time = 297 Total time = 297 Time = 297 可以看到在for迴圈裡的兩次test()函式呼叫都花費了297ms，但是打印出的總時間卻只花費了297ms，後面那個單獨執行的test()函式花費的時間也是297ms，可見使用平行計算後效率提高了整整一倍。下一篇文章中將介紹OpenMP的具體指令和用法。 OpenMP並行程式設計

fork/join並行執行模式的概念

OpenMP是一個編譯器指令和庫函式的集合，主要是為共享式儲存計算機上的並行程式設計使用的。前面一篇文章中已經試用了OpenMP的一個Parallel for指令。從上篇文章中我們也可以發現OpenMP並行執行的程式要全部結束後才能執行後面的非並行部分的程式碼。這就是標準的並行模式fork/join式並行模式，共享儲存式並行程式就是使用fork/join式並行的。標準並行模式執行程式碼的基本思想是，程式開始時只有一個主執行緒，程式中的序列部分都由主執行緒執行，並行的部分是通過派生其他執行緒來執行，但是如果並行部分沒有結束時是不會執行序列部分的，如上一篇文章中的以下程式碼：

int main(int argc, char* argv[])
{
clock_t t1 = clock();
#pragma omp parallel for
for ( int j = 0; j < 2; j++ ){
test();
}
clock_t t2 = clock();
printf("Total time = %d/n", t2-t1);
test();
return 0;
}

在沒有執行完for迴圈中的程式碼之前，後面的clock_t t2 = clock();這行程式碼是不會執行的，如果和呼叫執行緒建立函式相比，它相當於先建立執行緒，並等待執行緒執行完，所以這種並行模式中在主執行緒裡建立的執行緒並沒有和主執行緒並行執行。

OpenMP指令和庫函式介紹

下面來介紹OpenMP的基本指令和常用指令的用法，在C/C++中，OpenMP指令使用的格式為 ＃pragma omp 指令 [子句[子句]…] 前面提到的parallel for就是一條指令，有些書中也將OpenMP的“指令”叫做“編譯指導語句”，後面的子句是可選的。例如： #pragma omp parallel private(i, j) parallel 就是指令， private是子句為敘述方便把包含#pragma和OpenMP指令的一行叫做語句，如上面那行叫parallel語句。 OpenMP的指令有以下一些： parallel，用在一個程式碼段之前，表示這段程式碼將被多個執行緒並行執行。 for，用於for迴圈之前，將迴圈分配到多個執行緒中並行執行，必須保證每次迴圈之間無相關性。 parallel for， parallel 和 for語句的結合，也是用在一個for迴圈之前，表示for迴圈的程式碼將被多個執行緒並行執行。 sections，用在可能會被並行執行的程式碼段之前。 parallel sections，parallel和sections兩個語句的結合。 critical，用在一段程式碼臨界區之前。 single，用在一段只被單個執行緒執行的程式碼段之前，表示後面的程式碼段將被單執行緒執行。 flush，更新並行區域裡的共享變數進行的修改，確保並行的多執行緒對共享變數的讀操作是最新值。 barrier，用於並行區內程式碼的執行緒同步，所有執行緒執行到barrier時要停止，直到所有執行緒都執行到barrier時才繼續往下執行。 atomic，用於指定一塊記憶體區域被自動更新。 master，用於指定一段程式碼塊由主執行緒執行。 ordered，用於指定並行區域的迴圈按順序執行。 threadprivate, 用於指定一個變數是執行緒私有的。 OpenMP除上述指令外，還有一些庫函式，下面列出幾個常用的庫函式： omp_get_num_procs, 返回執行本執行緒的多處理機的處理器個數。 omp_get_num_threads, 返回當前並行區域中的活動執行緒個數。 omp_get_thread_num, 返回執行緒號。 omp_set_num_threads, 設定並行執行程式碼時的執行緒個數。 omp_init_lock, 初始化一個簡單鎖。 omp_set_lock，上鎖操作。 omp_unset_lock，解鎖操作，要和omp_set_lock函式配對使用。 omp_destroy_lock， omp_init_lock函式的配對操作函式，關閉一個鎖。 OpenMP的子句有以下一些 private, 指定每個執行緒都有它自己的變數私有副本。 firstprivate，指定每個執行緒都有它自己的變數私有副本，並且變數要被繼承主執行緒中的初值。 lastprivate，主要是用來指定將執行緒中的私有變數的值在並行處理結束後複製回主執行緒中的對應變數。 reduce，用來指定一個或多個變數是私有的，並且在並行處理結束後這些變數要執行指定的運算。 nowait，忽略指定中暗含的等待。 num_threads，指定執行緒的個數。 schedule，指定如何排程for迴圈迭代。 shared，指定一個或多個變數為多個執行緒間的共享變數。 ordered，用來指定for迴圈的執行要按順序執行。 copyprivate，用於single指令中的指定變數為多個執行緒的共享變數。 copyin，用來指定一個threadprivate的變數的值要用主執行緒的值進行初始化。 default，用來指定並行處理區域內的變數的使用方式，預設是shared。

parallel 指令的用法

parallel 是用來構造一個並行塊的，也可以使用其他指令如for、sections等和它配合使用。在C/C++中，parallel的使用方法如下：

#pragma omp parallel [for | sections] [子句[子句]…]
{
//程式碼
}

parallel語句後面要跟一個大括號對將要並行執行的程式碼括起來。

void main(int argc, char *argv[]) {
#pragma omp parallel
{
printf(“Hello, World!/n”);
}
}

執行以上程式碼將會打印出以下結果 Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! 可以看得出parallel語句中的程式碼被執行了四次，說明總共建立了4個執行緒去執行parallel語句中的程式碼。也可以指定使用多少個執行緒來執行，需要使用num_threads子句：

void main(int argc, char *argv[]) {
#pragma omp parallel num_threads(8)
{
printf(“Hello, World!, ThreadId=%d/n”, omp_get_thread_num() );
}
}

執行以上程式碼，將會打印出以下結果： Hello, World!, ThreadId = 2 Hello, World!, ThreadId = 6 Hello, World!, ThreadId = 4 Hello, World!, ThreadId = 0 Hello, World!, ThreadId = 5 Hello, World!, ThreadId = 7 Hello, World!, ThreadId = 1 Hello, World!, ThreadId = 3 從ThreadId的不同可以看出建立了8個執行緒來執行以上程式碼。所以parallel指令是用來為一段程式碼建立多個執行緒來執行它的。parallel塊中的每行程式碼都被多個執行緒重複執行。和傳統的建立執行緒函式比起來，相當於為一個執行緒入口函式重複呼叫建立執行緒函式來建立執行緒並等待執行緒執行完。

for指令的使用方法

for指令則是用來將一個for迴圈分配到多個執行緒中執行。for指令一般可以和parallel指令合起來形成parallel for指令使用，也可以單獨用在parallel語句的並行塊中。 #pragma omp [parallel] for [子句] for迴圈語句 先看看單獨使用for語句時是什麼效果：

int j = 0;
#pragma omp for
for ( j = 0; j < 4; j++ ){
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