c++ OMP 入门（HPC高性能计算第一节）

最新推荐文章于 2025-05-27 07:00:00 发布

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#c++ #开发语言 #性能优化

背景（Open Multi-Processing）

OMP是一套跨平台共享内存多线程并发编程API，目的是提高计算速度

API接口

### 头文件

#include <omp.h>

### 常用API接口

#pragma omp parallel num_threads(4) default(none) shared(data,std::cout)

启动四个线程，default(none)要求所有变量都要显示指定

data变量所有线程均可访问

std::cout实际上是一个全局变量，所以需要显示指定，如果在其他情况下，需要用#pragma omp critical来加锁，该变量只能由一个线程访问

 #pragma omp single

表示只需要一个线程执行以下语句

 #pragma omp barrier

表示所有线程都执行完该命令后，才继续执行

 #pragma omp sections

表示多个线程可以同时执行，但是需要等待所有线程都执行完才继续执行

 #pragma omp section

表示以下不同代码块会被分配不同的线程

 #pragma omp critical(A)

表示A锁，不指定锁命默认critical使用同一把锁

omp_get_wtime()

返回lf时间

omp_get_thread_num()

获得线程id

 omp_set_nested(1)

启动多层嵌套，内外多线程，嵌套并行

pragma omp parallel for

是 OpenMP 中用于 并行循环 的指令。它可以让多个线程自动分配循环迭代任务，加速代码执行。

错误示范：

int parallel_worng_arraysum(){
    int sum = 0;
    int a[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
#pragma omp parallel for
    for (int i=0;i<10;i++)
        sum = sum + a[i];
    return sum;
}

`sum` 的更新在并行环境下导致数据竞争，因为多个线程可能会同时更新 `sum`。故该方法并不安全

修改方法

 #pragma omp parallel for reduction(+:sum)

使用该方法课加法规约优化

 #pragma omp for nowait

该 `for` 循环结束后，不需要强制执行线程的隐式同步。意味着某一线程完成任务后可执行其他任务

#pragma omp ordered

#pragma omp parallel for schedule(dynamic)

动态调度（dynamic）

任务分配方式：每个线程先分配一部分循环迭代任务，执行完后再领取新任务，直到所有任务完成。

适用场景：

每次循环的计算量不均匀（比如有些任务很重，有些任务很轻）。

适用于不确定的计算任务，比如数据依赖或分支跳转的计算。

// sections 后面存在隐藏同步点
#pragma omp sections nowait

#pragma omp sections后的代码会等待所有section完成之后才执行，如果加入nowait，则每个线程完成section部分后会直接运行second之后的代码

示例：

#include <omp.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
#pragma omp parallel num_threads(4) default(none)
   {
// sections 后面存在隐藏同步点
#pragma omp sections nowait
      {
#pragma omp section
         {
            int s = omp_get_thread_num() + 1;
            sleep(s);
            printf("tid = %d sleep %d seconds\n", s, s);
         }
#pragma omp section
         {
            int s = omp_get_thread_num() + 1;
            sleep(s);
            printf("tid = %d sleep %d seconds\n", s, s);
         }
#pragma omp section
         {
            int s = omp_get_thread_num() + 1;
            sleep(s);
            printf("tid = %d sleep %d seconds\n", s, s);
         }
#pragma omp section
         {
            int s = omp_get_thread_num() + 1;
            sleep(s);
            printf("tid = %d sleep %d seconds\n", s, s);
         }
      }
 
      printf("tid = %d finish sections\n", omp_get_thread_num());
   }
   return 0;
}

运行结果为：