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Resumo OpenMP

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  • 1. API OpenMP (Introdução à Linguagem) Autor: Ângelo Polotto – Aluno de Iniciação Científica Professor orientador: Rafael Frigori Bertolini
  • 2. Introdução:  O que é o OPENMP?  O Openmp é uma Interface de Programação (API) que permite de forma rápida, simples e padroniza a divisão de um programa em multiplos processos paralelos (threading) com memória compartilhada.
  • 3.  Por que usar o OPENMP?  A possibilidade de dividir um processo qualquer sem se preocupar com implementações matemáticas e numéricas são pontos chaves para a escolha do OPEMMP.
  • 4. Diferenças entre o OPENMP e o MPI  No MPI temos as seguintes considerações para implementar um código:  Como ele será dividido?  Qual a função de cada computador dependendo da posição no ranking?  Qual a forma mais eficiente de dividir o código  Em qual parte o código se divide?  Em qual parte o código se junta?
  • 5.  Já no Openmp, temos as seguintes preocupações possíveis para o mesmo problema:  Quais partes do código serão divididas?  Em qual parte o código se divide?  Em qual parte o código se junta?
  • 6. O que o OPENMP é capaz?  Abaixo está uma lista das vantagens do OpenMP:  Padronização dos códigos  Grande portabilidade entre compiladores  Facilita o trabalho do programador por preservar o uso de uma lógica sequêncial  Despreocupação com a troca de menssagens entre os processos
  • 7. O que o OPENMP não é capaz?  Apesar de parecer, o OpenMp não é capaz de dividir os processos sozinho, além de não saber como administrar as variáveis entre os processos paralelos.
  • 8. Plataformas  O OpenMp abrange uma grande variedade de plataformas, tando de 32 e 64 bits, além processadores com multiplos núcleos. Os principais sistemas em que o OpenMp roda são: Windows, Linux (Suse, RedHat, Ubuntu ...), Mac e IBM.
  • 9. Compiladores  Os principais compiladores com suporte para OpenMP existentes no mercado são:  GNU - Compilador padrão dos sistemas linux (gcc para C, g++ para C++ e gfortran para Fortran)  IBM - Compilador para os sistemas linux e AIX (C, C++, Fortran)  Oracle - Compilador para os sistemas linux Solaris (C, C++, Fortran)  Intel - Compilador para os sistemas linux, windows e MacOSX (C, C++, Fortran)
  • 10. Modelo de Funcionamento  O modelo de funcionamento do OpenMp é baseado no Fork-Join Model. Esse modelo consiste basicamente em selecionar um ponto, ou mais, onde o código se divide e outro, ou outros, onde ele de junta em um único processo. É importante ressaltar que quase sempre terá um processo, chamado de Master Thread, responsável por dividir e juntar os outros.  Um importante detalhe é a sincronização dos processsos, a qual é feita quando ocorre a junção dos mesmos em uma barreira implícita.
  • 11.  A divisão pode ser feita tanto manualmento, como no MPI, quanto "automaticamente" pelo compilador.  Cada processo terá um numero de identificação (ID) único, sendo que o de número 0 sempre será o Master-Thread.  O numero de ID pode ser usado para especificar funções para um único thread.
  • 12. Estruturação de um programa  Basicamente temos um código desse tipo com os seguintes elementos:
  • 13.  Atenção, não podemos ter comentário na linha de diretiva do OpenMP.
  • 14. Formato das Diretivas em Fortran  Todas as diretivas do OpenMp devem começar com:  !$OMP  C$OMP  *$OMP  Sendo a primeira a mais usada.  Exemplo:  !$OMP PARALLEL DEFAULT(SHARED) PRIVATE(BETA,PI)  No Fixed Form, os comando !$OMP deve começar na 1 coluna e as Diretivas na 6 coluna.
  • 15.  As diretivas sempre possuem o formato:  !$OMP [directive] [clause …]  !$OMP END [directive]
  • 16. Regras Gerais  Os comentários não devem aparecer na mesma linha das diretivas.  Somente uma especificação de diretiva por diretiva.  As diretivas devem sempre vir em pares, um para o inicio e outro para o final, o end é opcional mas recomendado para legibilidade:
  • 17. Tipos de Deretivas  Região de Construção Paralela (PARALLEL)  É o bloco onde o código será executado em multiplos cabeçalhos:
  • 18.  Os principais parametros ”Clause” podem ser:  private (list): as variáveis da lista ficam privadas a cada proc esso do Grupo de processos. Não são inicializadas automaticamente com um valor.  firstprivate(list): permite que as variáveis privadas sejam iniciali zadas.  shared (list): as variáveis são compartilhadas por todos os outros processos.
  • 19.  O código abaixo é um exemplo do uso de Parallel, ele apresenta na tela o ID do processo que está executando o programa e faz com que o cabeçalho de ID igual a 0 apresente o número de processos.
  • 20.  Construtores Work-Sharing:  São construtores onde é definido como será compartilhado.  Podem ser:  DO / for: compartilham os processos iterativos, representam o ”data parallelim”.  SECTIONS: compartilha um processos dentro de somente alguns threads, representa: ”functional parallelism”.  SINGLE: realiza um processo dentro de somente um thread.
  • 21.  Representação gráfica:  DO/FOR:
  • 22.  SECTIONS:
  • 23.  SINGLE:
  • 24.  DO/FOR: Especifica que o próximo loop deverá ser dividido entre os times de thread. Assume que o comando ”PARALLEL” foi chamado, caso contrário, ele não será dividido.  Estrutura do comando:
  • 25.  Clauses:  SCHEDULE: Informa como as iterações do loop serão divididas entre os threads. É possivel deixar a devinição padrão.  STATIC: O Loop é dividido em um numero de pedaços definido pela variável chunk, caso não especificada, as iterações são divididas, se possivel, continuamente entre todos os processos.  DYNAMIC: O loop é dividido entre os processos só que de forma dinâmica, ou seja, quando thread fica livre é automaticamente é encaminhado a fazer outro processo. O valor padrão de chunk é 1.
  • 26.  GUIDED: Semelhante ao DYNAMIC, com a diferença de que a iteração é dividida em blocos de forma de forma que eles possam ser subdivididos em outros sub-blocos. Portanto seu tamanho é reduzido quando termina cada iteração. O tamanho inicial dos blocos é proporcional a:  number_of_iterations / number_of_threads:  Conseguentemente:  number_of_iterations_remaining / number_of_threads: A variável chunk define o numero mínimo de cada bloco, o padrão é 1.
  • 27.  RUNTIME: O SCHEDULING é adiado até a execução da variável OMP_SCHEDULE. Não pode especificar a variável chunk.  AUTO: O scheduling é decidido pelo compilar e pelo sistema.  NO WAIT / nowait: Se especificado, os threads não sincronizarão até o fim do loop paralelo.  ORDERED: Diz ao compilador executar as iterações do loop como se elas estivessem em um programa não paralelizado.
  • 28.  COLLAPSE: Especifica em quantos loops um loop deve ser desmontado em um grande processo iterativo, de acordo com a cláusula SCHEDULE. A sequencia das iterações nos loops determina a ordem do processo de desmontamento no espaço iterativo.
  • 29. Compilando usando o GCC  Para compilar o código omp_hello (anexo à apresentação) em fortram usando o GCC presisamos instalar o gfortran dando o seguinte comando no terminal:  $ sudo apt-get install gfortran  Após isso, basta compilar o código usando os comandos:  $ gfortran -o omp_hellof -fopenmp omp_hello.f  Antes de executar, precisamos definir o número de threads:  $ export OMP_NUM_THREADS=4
  • 30.  Agora basta executar:  $ ./omp_hellof  Resultado para o nosso código é:  Hello World from thread = 2  Hello World from thread = 1  Hello World from thread = 3  Hello World from thread = 0  Number of threads = 4  O simbolo $ foi usado para indicar que o comando é dado no terminal, mas ele não é para ser digitado.
  • 31. Referências  https://computing.llnl.gov/tutorials/openMP/ - OpenMP, Blaise Barney, Lawrence Livermore National Laboratory - acesso em 15/04/2012.  http://www.dcc.fc.up.pt/~fds/aulas/PPD/0708/int ro_openmp-1x2.pdf – Introdução ao OpenMP, Fernando Silva, DCC - FCUP - acesso em 15/04/2012.  http://www.dartmouth.edu/~rc/classes/intro_ope nmp/compile_run.html - How to Compile and Run an OpenMP Program, - acesso em 15/04/2012.