Programação em Memória Compartilhada com OpenMPnbcgib.uesc.br/nbcgib/files/PP/Aula05_OpenMP.pdf · 2013-04-12 · Ao completarem a execução paralela o grupo de threads sincro-niza

IntroduçãoDiretivas em OpenMP

Meu primeiro programa

Programação em Memória Compartilhada comOpenMP

Esbel Tomás Valero Orellana

Bacharelado em Ciência da ComputaçãoDepartamento de Ciências Exatas e Tecnológicas

Universidade Estadual de Santa [email protected]

25 de Maio de 2010

Introdução ao OpenMP 1 / 29



Conteúdo

1 Introdução

2 Diretivas em OpenMP

3 Meu primeiro programa




Conteúdo

1 Introdução






Técnicas de programação em MC

Programas construídos para um modelo de programação

de memória compartilhada precisam de ferramentas que

englobem:

técnicas para criação e manipulação de threads,

mecanismos de sincronização entre as threads,

recursos para manipulação de memória compartilhada.

Processos vs Threads?





As ferramentas mais comuns para ambientes de memóriacompartilhada são baseadas em:

Threading explícitoDiretivas de Compilação (threading implícito)Troca de mensagensLinguagens paralelas

Threading explícito: O programador cria explicitamentemúltiplas threads dentro de um mesmo processo e dividetambém explicitamente o trabalho a ser realizado.

Posix ThreadsWin32 ThreadsAlgumas linguagens de alto nível





Diretivas de compilação: O programador utiliza diretivasde compilação, que são inseridas no código seqüencial,para informar ao compilador as regiões que devem ser pa-ralelizadas.

OpenMP

Troca de mensagens: A comunicação via troca de men-sagem também é utilizada como técnica para programaçãoem ambientes de memória compartilhada.

MPI

Linguagens paralelas: Linguagens de alto nível criadasou estendidas para trabalhar com esse modelo de progra-mação.

HPF - High Performance Fortran




OpenMP

O que significa OpenMP:

Open specifications for Multi Processing via collaborativework between interested parties from the hardware and soft-ware industry, goverment and academia.

Open + MP = Padrão aberto + Maquinas multiprocessadas

O que é o OpenMP:

Um modelo de programação em memória compartilhadaque nasceu da cooperação de grandes fabricantes de hard-ware e software (Sun, Intel, Fujitsu, SGI, AMD, HP, IBM,PGI, KAI, ...)

Definida para ser utilizada em programas C\C++ e Fortran,




OpenMP

O que é o OpenMP...

Desenvolvido e mantido pelo grupo OpenMP ARB (Archi-

tecture Review Board),

É uma API para programação paralela em arquiteturas multi-

processadas,

Permite a criação de programas paralelos com comparti-

lhamento de memória, através da criação automática e oti-

mizada de um conjunto de threads,




OpenMP

O que é o OpenMP...

OpenMP não é uma linguagem de programação,

É um padrão que define como os compiladores devem ge-

rar códigos paralelos através de diretivas e funções,

Implementação 6= Especificação,

O “resultado” depende do compilador utilizado,

http://www.openmp.org




Cronologia

Fortran versão 1.0, Outubro de 1997

C\C++ versão 1.0, Outubro de 1998

Fortran versão 1.1, Novembro de 1999

Fortran versão 2.0, Novembro de 2000

C\C++ versão 2.0, Março de 2002

C\C++ e Fortran versão 2.5, Maio de 2005 (unificado)

C\C++ e Fortran versão 3.0, Maio de 2008




Objetivos do OpenMP

Ser o standard de programação para arquiteturas de me-

mória compartilhada,

Estabelecer um conjunto muito simples e limitado de direti-

vas de programação,

Permitir a paralelização incremental de programas seqüen-

ciais,

Conseguir implementações eficientes em problemas de gra-

nularidade fina, média e grossa.




Componentes do OpenMP




Modelo de programação do OpenMP

Paralelismo explícito

Multi-thread implícito


Cabe ao programador identificar as tarefas para execução

em paralelo e definir os pontos de sincronização,

Essas operações são feitas utilizando diretivas de compila-

ção embebidas no código do programa.






Multi-thread implícito


Cabe ao programador identificar as tarefas para execução

em paralelo e definir os pontos de sincronização,

Essas operações são feitas utilizando diretivas de compila-

ção embebidas no código do programa.





Multi-thread implícito:Um processo é visto como um conjunto de threads que secomunicam entre através da utilização de variáveis compar-tilhadas,A criação, iniciação e finalização das threads é feita peloambiente de execução de ocultando os detalhes do progra-mador,O espaço de endereçamento global é compartilhado por to-dos os threads,As variáveis podem ser compartilhadas ou privadas (dupli-cadas) para cada thread,O controle, manuseio e sincronização das variáveis envolvi-das nas tarefas paralelas é transparente ao programador.




Modelo de execução do OpenMP

Modelo de execução Fork-Join

Todos os programas iniciam sua execução com um processo, omaster thread,

O master thread executa seqüencialmente até encontrar um cons-trutor paralelo, momento em que cria um grupo de threads,

O código delimitado pelo construtor paralelo é executado em pa-ralelo pelo master thread e pelo grupo de threads,

Ao completarem a execução paralela o grupo de threads sincro-niza uma barreira implícita com o master thread,

O grupo de threads termina a sua execução e o master threadcontinua a executar seqüencialmente até encontrar um novo cons-trutor paralelo.




Modelo de execução do OpenMP

Modelo de execução Fork-Join




Estrutura de um programa OpenMP




Compiladores com suporte a OpenMP

Compilador Distribuidor Informações

XL IBM Proprietário, SO: Windows e Li-

nux

SC Sun Microsystems Proprietário, Sun studio compi-

ladores e ferramentas, download

gratuito para Linux e Solaris

ICC Intel Propietário, SO: Windows, Linux

e MacOS

gcc (4.3.2) GNULivre de código aberto, SO: Linux,

Windows, Solaris, MacOS




Vantagens do OpenMP

Facilidade de conversão de programas seqüenciais em pa-

ralelos,

Maneira simples de explorar o paralelismo,

Fácil compreensão e uso das diretivas,

Minimiza a interferência na estrutura do algoritmo,

Compila e executa em ambientes paralelo e seqüencial.




OpenMP e arquiteturas multicore

Arquiteturas multicore,

Fraco desempenho das aplicações atuais em arquiteturas

multicore,

Incremento do número de núcleos,

Aplicações eficientes em processadores multicore devem

utilizar intensivamente o conceito de threads.




Conteúdo

1 Introdução






Diretivas de compilação em OpenMP

Diretivas são linhas de código com significado “especial”

para o compilador;

#pragma omp, indica ao compilador a presença de uma

diretiva de compilação, sinalizando que deverá dar criar có-

digo paralelo otimizado para o ambiente OpenMP;

diretive, deverá ser uma diretiva válida de OpenMP;

clause, representa um conjunto de parâmetros e informa-

ções a serem aplicados a essa diretiva, (opcional).





As diretivas se aplicam a blocos sintáticos,

Bloco sintático composto

Bloco sintático simples





Diretivas Clausulas: Definem o compor-tamento das regiões paralelase das variáveis aos quais estãoassociadas.




Compilação condicional

Quando um código que contém diretivas do OpenMP é com-

pilado por um compilador que não suporta o OpenMP este

simplesmente ignora as diretivas e compila o programa de

forma seqüencial,

Entretanto, se o código conter chamadas a funções do Open-

MP teremos erros de compilação,

Para escrever código que funcione com e sem OpenMP

devemos utilizar a compilação condicional.




Compilação condicional

Para termos compilação um código robusto devemos pro-teger as chamadas a funções do OpenMP com a diretiva#ifdef _OpenMP,

A macro _OpenMP esta definida se a biblioteca do OpenMPestiver disponível,

Exemplo




Conteúdo

1 Introdução






Hello word!!!




Atividades

1 Compile e execute o programa anterior, comente sobre a

saída.

2 Modifique a diretiva #pragma omp paralell para #pragma

omp paralell num_threads(4), compile e execute no-

vamente, comente o resultado.

3 Visite a página http://www.openmp.org.


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