Для получения триального ключа
заполните форму ниже
Team License (базовая версия)
Enterprise License (расширенная версия)
* Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку
своих персональных данных. См. Политику конфиденциальности

Запросите информацию о ценах
Новая лицензия
Продление лицензии
--Выберите валюту--
USD
EUR
RUB
* Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку
своих персональных данных. См. Политику конфиденциальности

Бесплатная лицензия PVS-Studio для специалистов Microsoft MVP
* Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку
своих персональных данных. См. Политику конфиденциальности

Для получения лицензии для вашего открытого
проекта заполните, пожалуйста, эту форму
* Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку
своих персональных данных. См. Политику конфиденциальности

Мне интересно попробовать плагин на:
* Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку
своих персональных данных. См. Политику конфиденциальности

Ваше сообщение отправлено.

Мы ответим вам на


Если вы так и не получили ответ, пожалуйста, проверьте папку
Spam/Junk и нажмите на письме кнопку "Не спам".
Так Вы не пропустите ответы от нашей команды.

>
>
Параллельные заметки N5 — продолжаем зн…

Параллельные заметки N5 — продолжаем знакомиться с конструкциями OpenMP

26 Мар 2010

Предлагаю вашему вниманию очередную заметку, посвященную знакомству с технологией параллельного программирования OpenMP. Рассмотрим директивы: atomic, reduction.

Директива atomic

Рассмотрим код, суммирующий элементы массива:

intptr_t A[1000], sum = 0;
for (intptr_t i = 0; i < 1000; i++)
  A[i] = i;
for (intptr_t i = 0; i < 1000; i++)
  sum += A[i];
printf("Sum=%Ii\n", sum);

Результатом работы данного кода является:

Sum=499500
Press any key to continue . . .

Попробуем распараллелить этот код, воспользовавшись директивами "omp" и "parallel":

#pragma omp parallel for
for (intptr_t i = 0; i < 1000; i++)
  sum += A[i];

К сожалению, такое распараллеливание некорректно, так как в процессе работы возникнет состояние гонки. Несколько потоков будут пытаться одновременно обращаться к переменной sum для чтения и записи. Последовательность обращений может быть следующей:

Значение переменной sum = 500;
Значение i в первом потоке = 1;
Значение i во втором потоке = 501;
Поток 1: регистр процессора = sum
Поток 2: регистр процессора = sum
Поток 1: регистр процессора += i
Поток 2: регистр процессора += i
Поток 2: sum = регистр процессора
Поток 1: sum = регистр процессора
Значение переменной sum = 501, а не 1002.

В некорректности распараллеливания также можно убедиться на практике, запустив демонстрационный код. В частности я получил:

Sum=486904
Press any key to continue . . .

Для предотвращения ошибок обновления общих переменных можно использовать критические секции. Однако, если переменная "sum" является общей, а оператор имеет вид sum=sum+expr, то более удобным средством является директива "atomic". Директива "atomic" работает быстрее, чем критические секции, так как некоторые атомарные операции могут быть напрямую заменены командами процессора.

Данная директива относится к идущему непосредственно за ней оператору присваивания, гарантируя корректную работу с общей переменной, стоящей в его левой части. На время выполнения оператора блокируется доступ к данной переменной всем запущенным в данный момент потокам, кроме потока, выполняющей операцию.

Директива "atomic" распространяется только на операции следующего вида:

  • X BINOP= EXPR
  • X++
  • ++X
  • X−−
  • −−X

Здесь X - скалярная переменная, EXPR - выражение со скалярными типами, в котором не присутствует переменная х, BINOP - не перегруженный оператор +, *, -, /, &, ^, |, <<, >>. Во всех остальных случаях применять директиву "atomic" нельзя.

Исправленный вариант кода выглядит следующим образом:

#pragma omp parallel for
for (intptr_t i = 0; i < 1000; i++)
{
  #pragma omp atomic
  sum += A[i];
}

Данное решение дает корректный результат, но является крайне неэффективным. Скорость работы приведенного кода будет ниже, чем скорость последовательного варианта. Во время работы алгоритма постоянно будут возникают блокировки, в результате чего практически вся работа ядер сведется к ожиданию. Директива "atomic" используется в этом примере только для демонстрации принципов ее работы. На практике использование этой директивы рационально при относительно редком обращении к общим переменным. Пример:

unsigned count = 0;
#pragma omp parallel for
for (intptr_t i = 0; i < N; i++)
{
  // Медленная функция
  if (SlowFunction())
  {
    #pragma omp atomic
    count++;
  }
}

Следует помнить, что в выражении, к которому применяется директива "atomic", атомарной является только работа с переменной в левой части оператора присваивания, при этом вычисления в правой части не обязаны быть атомарными. Рассмотрим это на примере, где директива "atomic" никак не повлияет на вызов функций, используемых в выражении:

class Example
{
public:
  unsigned m_value;
  Example() : m_value(0) {}
  unsigned GetValue()
  {
    return ++m_value;
  }
  unsigned GetSum()
  {
    unsigned sum = 0;
    #pragma omp parallel for
    for (ptrdiff_t i = 0; i < 100; i++)
    {
      #pragma omp atomic
      sum += GetValue();
    }
    return sum;
  }
};

Данный пример содержит ошибку состояния гонки, и возвращаемое ей значение может меняться от запуска к запуску. В коде с помощью директивы "atomic" защищено увеличение переменной "sum". Но директива "atomic" не оказывает влияние на вызов функции GetValue(). Вызовы происходят в параллельных потоках, что приводит к ошибкам при выполенения операции "++m_value" внутри функции GetValue.

Директива reduction

Логично задать вопрос, а как же быстро просуммировать элементы массива? В этом поможет директива "reduction".

Формат директивы: reduction(оператор: список)

Возможные операторы - "+", "*", "-", "&", "|", "^", "&&", "||".

Список - перечисляет имена общих переменных. У переменных должен быть скалярный тип (например, float, int или long, но не std::vector, int [] и т. д).

Принцип работы:

  • Для каждой переменной создаются локальные копии в каждом потоке.
  • Локальные копии инициализируются соответственно типу оператора. Для аддитивных операций - 0 или его аналоги, для мультипликативных операций - 1 или ее аналоги. Смотри также таблицу N1.
  • Над локальными копиями переменных после выполнения всех операторов параллельной области выполняется заданный оператор. Порядок выполнения операторов не определен.
0063_Parallel_notes_N5_-_continuing_to_study_OpenMP_constructs_ru/image1.png

Теперь с использованием "reduction", эффективно работающий код примет вид:

#pragma omp parallel for reduction(+:sum)
for (intptr_t i = 0; i < 1000; i++)
  sum += A[i];

В следующем выпуске "Параллельных заметок" мы продолжим...

Популярные статьи по теме
Обрабатывать ли в PVS-Studio вывод других инструментов?

Дата: 26 Май 2022

Автор: Андрей Карпов

Анализатор PVS-Studio умеет "схлопывать" повторяющиеся предупреждения. Предоставляет возможность задать baseline, что позволяет легко внедрять статический анализ в legacy-проекты. Стоит ли предостави…
15000 ошибок в открытых проектах

Дата: 24 Май 2022

Автор: Андрей Карпов

Количество багов в нашей коллекции перевалило за отметку 15000. Именно такое количество ошибок обнаружила команда PVS-Studio в различных открытых проектах. Особенно интересно, что это всего лишь побо…
Комментарии в коде как вид искусства

Дата: 04 Май 2022

Автор: Сергей Хренов

Приветствую всех программистов, а также сочувствующих. Кто из нас хотя бы раз в жизни не оставлял комментарии в коде? Был ли это ваш код, а может, чужой? Что за комментарии вы написали: полезные или …
Visual Studio 2022 стильно и свежо. История о её поддержке в PVS-Studio

Дата: 15 Фев 2022

Автор: Николай Миронов

Кажется, анонс Visual Studio 2022 был только недавно, и вот она уже вышла. Это означало ровно одно – поддержать данную IDE нужно в ближайшем релизе PVS-Studio. О том, с какими сложностями пришлось ст…
Лучшие срабатывания статического анализатора

Дата: 29 Окт 2021

Автор: Максим Звягинцев

У всех, кто запускал статический анализатор в первый раз на большом проекте, был небольшой шок по поводу сотен, тысяч или даже десятков тысяч предупреждений. Как-то грустно становится после такого. Т…

Комментарии (0)

Следующие комментарии
Этот сайт использует куки и другие технологии, чтобы предоставить вам более персонализированный опыт. Продолжая просмотр страниц нашего веб-сайта, вы принимаете условия использования этих файлов. Если вы не хотите, чтобы ваши данные обрабатывались, пожалуйста, покиньте данный сайт. Подробнее →
Принять