Wie stellt die Klausel „omp orderd' die sequentielle Ausführung in parallelen Regionen sicher?

Erkundung der „omp ordered“-Klausel: Verständnis ihrer Funktion und Verwendung

Die „omp ordered“-Klausel ist ein Synchronisationsmechanismus, der in OpenMP verwendet wird um eine sequentielle Ausführung innerhalb einer parallelen Region zu erzwingen. Es garantiert, dass die vom „geordneten“ Konstrukt abgedeckten Codeblöcke in der gleichen Reihenfolge ausgeführt werden wie in einer seriellen Schleife.

Wie funktioniert es?

Wenn Threads auf eine „omp-geordnete“ Region stoßen, betreten sie einen Synchronisationspunkt. Der Thread mit der niedrigsten Nummer, der derzeit Code außerhalb des „geordneten“ Bereichs ausführt, nimmt die Ausführung wieder auf, während andere Threads warten. Sobald der Thread mit der niedrigsten Nummer den „geordneten“ Bereich verlässt, tritt der Thread mit der nächstniedrigeren Nummer ein und so weiter.

Thread-Zuordnung

Entgegen den Bedenken gilt: Die OpenMP-Laufzeitbibliothek stellt sicher, dass einem Thread immer die niedrigste Iteration zugewiesen wird. Wenn keiner der Threads anfänglich die niedrigste Iteration aufweist, verteilt die Laufzeit die Iterationen neu, bis ein Thread sie empfängt.

Dynamische vs. statische Planung

Die Wahl zwischen dynamisch und statisch Die Planung bei Verwendung der „ordered“-Klausel hängt von der Codestruktur ab. Durch die dynamische Planung können Threads Iterationen in beliebiger Reihenfolge ausführen, während die statische Planung sicherstellt, dass Threads Iterationen nacheinander abschließen.

Im Allgemeinen wird die dynamische Planung mit der „ordered“-Klausel empfohlen, um die Leerlaufzeit zu minimieren. Bei statischer Planung und standardmäßiger Blockgröße, wie unten beschrieben, kann die Leistung durch unnötiges Warten beeinträchtigt werden.

Beispiel mit statischer Planung

Betrachten Sie einen Code mit 3 Threads und 9 Iterationen:

<code class="cpp">#pragma omp parallel for ordered schedule(static)
for (int i = 0; i < 9; ++i) {
  ...
  #pragma omp ordered
  v.push_back(i);
}</code>

Statische Planung mit Standard-Chunk-Größe bedeutet, dass Thread 0 die Iterationen 0-2, Thread 1 die Iterationen 3-5 und Thread 2 die Iterationen 6-8 verarbeitet. Die „ordered“-Klausel führt eine Abhängigkeit ein, was zu folgender Zeitleiste führt:

tid  List of     Timeline
     iterations
0    0,1,2       ==o==o==o
1    3,4,5       ==.......o==o==o
2    6,7,8       ==..............o==o==o

Fazit

Die „omp ordered“-Klausel ermöglicht die sequentielle Ausführung innerhalb paralleler Regionen. Es wird empfohlen, die dynamische Planung mit „geordnet“ zu verwenden, um Leerlaufzeiten zu minimieren. Die Wahl der geeigneten Planungsstrategie hängt von der spezifischen Codestruktur und Leistungsaspekten ab.

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