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(done) 并行计算学习 (Day1: 两个简单的 OpenMP 例子)

article 2025/1/22 14:47:23

来源：https://dazuozcy.github.io/posts/introdution-to-openmp-intel/#1-%E6%A6%82%E8%BF%B0

一个比较有意义的模型
在这里插入图片描述
Master thread 在经过 parallel Task1 后也仅仅只保留 Master thread。
或者说，在进入 Fork 阶段之前，以及进入 Join 阶段时，都只有 Master thread 运行

直接看练习

练习1：并行化 Hello World

#include <stdio.h>
#include <omp.h>

int main()
{
  #pragma omp parallel
  {
    int ID = omp_get_thread_num();
    printf("hello(%d)", ID);
    printf(" world(%d) \n", ID);
  }
  return 0;
}

使用 OpenMP 编译上面的 Hello World C 文件

gcc -fopenmp foo.c
export OMP_NUM_THREADS=4
./a.out

#pragma omp parallel 申请默认数量的线程。 omp_get_thread_num() 返回每个线程的唯一标识。范围是[0,N]。

这里我遇到过错误信息：“error: invalid branch to/from OpenMP structured block”
该错误信息通常出现在使用 OpenMP 并行编程模型时，特别是在处理并行区域的分支（例如 if 或 goto）时出现了问题。为了理解这个错误，首先需要了解 OpenMP 并行区域的基本工作方式。

OpenMP 中的结构化块（structured blocks）是指在并行区域中使用的控制流结构，例如循环（for）、并行区域（parallel）、并行部分（sections）等。结构化块有严格的规则，以便 OpenMP 能正确地对代码进行并行化处理。

该错误的含义是尝试在 OpenMP 的结构化块中进行不允许的跳转或分支操作。以下是可能引发该错误的情况：

从 OpenMP 结构化块跳出或跳入：在 OpenMP 的结构化块（如 parallel、for、sections）内，如果有跳转语句（例如 goto 或 break），可能会被认为是不合法的。OpenMP 要求这些结构化块中的控制流是受控的，因此不允许跳转。
条件分支（if）的使用不当：某些情况下，在 OpenMP 并行区域中使用 if 语句时可能会导致这个错误，尤其是当 if 语句导致跳转到不允许的地方时。例如，如果你在并行区域内根据某个条件来跳转到外部的代码区域，而不是保持结构化代码块的完整性，就可能触发这个错误。

练习2：把下面这个串行版本的计算Pi值的程序改成并行版本。

void calc_pi_serial()
{
    long num_steps = 0x20000000;
    double sum = 0.0;
    double step = 1.0 / (double)num_steps;
	
	// 圆周率计算原理：圆周率的积分公式
	// 使用梯形法逼近积分的值
    double start = omp_get_wtime( );    
    for (long i = 0; i < num_steps; i++) {
        double x = (i + 0.5) * step;
        sum += 4.0 / (1.0 + x * x);
    }    
    double pi = sum * step;
    
    printf("pi: %.16g in %.16g secs\n", pi, omp_get_wtime() - start);
    // will print "pi: 3.141592653589428 in 5.664520263002487 secs"
}

给了一个修改为并行的例子：

#define NUM_THREADS 2

void calc_pi_omp_v1()
{
    long num_steps = 0x20000000;
    double sum[NUM_THREADS] = { 0.0 };
    double step = 1.0 / (double)num_steps;
    int nthreads;
    double start = omp_get_wtime( );    
    
    omp_set_num_threads(NUM_THREADS);
    #pragma omp parallel
    {
        int id = omp_get_thread_num();
        int nthrds = omp_get_num_threads();
        if (id == 0) { // master thread
            nthreads = nthrds;
        }
        for (long i = id; i < num_steps; i += nthrds) {
            double x = (i + 0.5) * step;
            sum[id] += 4.0 / (1.0 + x * x);
        }  
    }
    double pi = 0;
    for (int i = 0; i < nthreads; i++) {
        pi += sum[i]*step;
    }
    
    printf("pi: %.16g in %.16g secs\n", pi, omp_get_wtime() - start);
}