Construtores de Sicronização em OpenMP

Transcrição

1 Construtores de Sicronização em OpenMP Esbel Tomás Valero Orellana Bacharelado em Ciência da Computação Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas Universidade Estadual de Santa Cruz evalero@uesc.br 26 de Maio de 2010 Construtores Sincronização 1 / 25

2 Conteúdo Operações de redução 1 Operações de redução 2 3 Construtores Sincronização 2 / 25

3 Conteúdo Operações de redução 1 Operações de redução 2 3 Construtores Sincronização 3 / 25

4 Cláusula reduction Operações de redução são operações coletivas de comunicação que combinam variáveis privadas para gerar um resultado único, A cláusula reduction é utilizada em OpenMP para realizar operações de redução, Nesta cláusula são especificados um operador e uma lista de variáveis, As operadores permitidos são: +,,, &,,, &&, A lista de variáveis inclui aquelas envolvidas na operação de redução. Construtores Sincronização 4 / 25

5 Cláusula reduction Execução da cláusula reduction: 1 Ao entrar na região paralela uma cópia privada de cada variável da lista é criada em cada thread, 2 As variáveis são inicializadas segundo o valor de inicialização definido pelo operador (tabela), 3 As variáveis são atualizadas localmente no interior da região paralela, 4 Ao final do construtor paralelo associado as variáveis são atualizadas com a redução das cópias privadas utilizando o operador especificado. Construtores Sincronização 5 / 25

6 Cláusula reduction Valores de inicialização: Operador Valor Inicial Operador Valor Inicial && 1 & 0 0 Construtores Sincronização 6 / 25

7 Cláusula reduction Valores de inicialização: Operador Valor Inicial Operador Valor Inicial && 1 & 0 0 Restrições na cláusula reduction: O tipo das variáveis da lista deve ser compatível com o operador de redução, As variáveis da lista devem ser compartilhadas, Vetores, ponteiros e referencias não podem aparecer na lista de variáveis, As variáveis da lista não podem ser const. Construtores Sincronização 6 / 25

8 Exemplo - Soma dos elementos de um vetor Programa serial: Como paralelizar o programa anterior? Construtores Sincronização 7 / 25

9 Exemplo - Soma dos elementos de um vetor Programa serial: Como paralelizar o programa anterior? O programa anterior executara corretamente? Construtores Sincronização 7 / 25

10 Exemplo - Soma dos elementos de um vetor Programa serial: Como paralelizar o programa anterior? O programa anterior executara corretamente? Versão final: Construtores Sincronização 7 / 25

11 Conteúdo Operações de redução 1 Operações de redução 2 3 Construtores Sincronização 8 / 25

12 Diretivas de sincronização são utilizadas para criar explicitamente pontos de sincronização. As diretivas de sincronização permitem: Estabelecer pontos de sincronização em regiões paralelas, Definir seções críticas de código, Organizar o acesso as variáveis compartilhadas para evitar condições de corrida. Construtores Sincronização 9 / 25

13 Condições de corrida Condições de corrida = race conditions Duas o mais threads atualizam simultaneamente uma variável compartilhada, Uma thread acessa uma variável para escrita e outra para leitura, Ao termos uma condição de corrida o resultado dependerá da ordem de execução das threads, Não podemos garantir que o resultado da computação esteja correto. Construtores Sincronização 10 / 25

14 Diretiva #pragma omp barrier Define um ponto de sincronização explicita entre todos os threads de uma região paralela, Quando uma thread alcançar a barreira aguarda a que todas as threads atinjam a barreira, Útil para sincronizar operações de I/O, ou quando temos dependências na execução. Construtores Sincronização 11 / 25

15 Diretiva #pragma omp master Define um bloco de código que será executado apenas pela thread master, Todas as outras threads ignoram esse bloco de código, Não possui barreiras implícitas na entrada ou na saída, Útil para imprimir mensagens ou resultados. Construtores Sincronização 12 / 25

16 Diretiva #pragma omp critical Restringe a execução de um bloco de código (zona crítica) a uma thread por vez, A opção nome permite definir zonas críticas múltiplas ou comuns, Blocos de código com nomes diferentes definem zonas críticas diferentes, Blocos de código sem nome ou com nomes iguais definem a mesma zona crítica, O controle é feito pelo sistema operacional. Construtores Sincronização 13 / 25

17 Diretiva #pragma omp critical Construtores Sincronização 14 / 25

18 Diretiva #pragma omp critical Exemplo: Construtores Sincronização 14 / 25

19 Diretiva #pragma omp atomic Define que a próxima instrução de código deve ser executada de forma atômica (uma thread de cada vez), Impede que várias threads acessem a variável ao mesmo tempo, A instrução associada deve ser uma atribuição a uma variável, Sincroniza a escrita na variável com base em seu endereço de memória, O controle é feito ao nível de processador. Construtores Sincronização 15 / 25

20 Diretiva #pragma omp atomic Operações permitidas: var + +, var var(+,,, /) = expressão Construtores Sincronização 16 / 25

21 Diretiva #pragma omp atomic Operações permitidas: var + +, var var(+,,, /) = expressão Exemplo: Construtores Sincronização 16 / 25

22 critical atomic Parâmetro critical atomic Escopo Bloco de instruções Uma instrução Instruções Gerais Atribuição de variáveis Nível Sistema Operacional Processador Eficiência Menor Maior Os construtores critical e atomic podem ser utilizados para substituir a cláusula reduction, entretanto sua eficiência é inferior. Construtores Sincronização 17 / 25

23 Diretiva #pragma omp ordered Define um bloco de código em que as iterações de um laço for devem ser executadas na mesma ordem do programa seqüencial, As threads apenas executam suas iterações quando todas as iterações anteriores forem completadas, O uso da cláusula ordered na diretiva do laço é obrigatória, Deve ser utilizado quando houver dependência entre as iterações do laço. Construtores Sincronização 18 / 25

24 Diretiva #pragma omp ordered Construtores Sincronização 19 / 25

25 Diretiva #pragma omp ordered Exemplo: Construtores Sincronização 19 / 25

26 Diretiva #pragma omp flush Define um ponto no qual os valores das variáveis definidas em list são atualizados na memória, proporcionando uma visão consistente da memória, As variáveis atualizadas nos registros da máquina passam a ter valores atualizados na memória, Se o parâmetro list é omitido são atualizadas todas as variáveis compartilhadas, Resolve problemas que não são resolvidos com coerência da memória cache, Construtores Sincronização 20 / 25

27 Diretiva #pragma omp flush Sincroniza a memória global com a memória de uma thread específica, Fornece uma visão consistente de memória na thread que executa a diretiva, deve ser executada em todas as threads, Existem flushs implícitos em: Barreiras implícitas e explícitas, Entrada e saída de uma região crítica, Entrada e saída de uma diretiva ordered, Saída de um construtor de divisão de trabalho. Construtores Sincronização 21 / 25

28 Conteúdo Operações de redução 1 Operações de redução 2 3 Construtores Sincronização 22 / 25

29 Fórmula dos trapézios A integral de uma função f (x) pode ser calculada utilizando a fórmula dos trapézios: Desenvolva um código paralelo com OpenMP para computar a integral de f (x) = x no intervalo [0, 1]. Construtores Sincronização 23 / 25

30 Código serial Construtores Sincronização 24 / 25

31 Código paralelo Construtores Sincronização 25 / 25