ノート/OpenMPメモ

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ノート
訪問者数　2593　　　　　　最終更新　2013-01-05 (土) 10:41:29

2009/07/19　OpenMP メモ †

• 仕様書　OpenMP API (ver 3.0 日本語訳)

OpenMPコンパイル †

• GCCでOK
• コンパイル時にパラメタ -fopenmp を指定
  gcc -o paratest paratest.c -lglut -lGLU -lGL -lXmu -lXi -lX11 -lm -fopenmp

OpenGLとの共存 †

考え方は、OpenMPでのparallelで、GL表示側と計算側を並列起動する。

      +--------> GL表示側プログラム
      |                 ↑  読出し
      |             +--------+
 -----+             |共有変数|　（計算進行状態を図形表示〜塗りつぶし）
      |             +--------+
      |                 ↑　書き込み
      +--------> 計算側プログラム

更に、計算側プログラム内を並列化し、実際に並列計算を行う。

• GL表示側プログラムのために１つCPUが取られてしまうことに留意。
• 共有変数は一方的に書き込み・読出しするので、データ構造が単純ならロックは必要ないだろう。

実行時に、環境変数　OMP_NUM_THREADS　を適宜セットすること。さもないと、デフォルト値の１が使われて、並列実行しない。bashの場合

OMP_NUM_THREADS=8
export OMP_NUM_THREADS

OpenGLとの共存の例 †

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <GL/glut.h>
#include <math.h>
#include <omp.h>
#include "pi.h"

double shape[DIV_NUM/RESOLUTION];
double h;

void display(void)
{
        int i;
        double x, y;
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        glPointSize(5.0);

        glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);  /* red */
        for (i=0; i<(DIV_NUM/RESOLUTION); i++) {
                //fprintf(stderr, "shape[%d]=%f\n", i, shape[i]);
                x = (double)i * h;
                y = shape[i];
                //glBegin(GL_POINTS);
                //glVertex2d(x, y);
                //glEnd();
                glRectd(x, 0.0, x+h, y);
        }

        /* End drawing points */
        //glFlush();  /*  Use glutSwapBuffers() instead of glFlush() for double buffering
*/
        glutSwapBuffers();
}

void init(void)
{
        glEnable(GL_POINT_SMOOTH);
        glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
        h = (RIGHT-LEFT)/ (double)(DIV_NUM/RESOLUTION);
}

void timer(int value) {
        glutPostRedisplay();
        glutTimerFunc(10, timer, 0);
}

int GLmain(int argc, char *argv[])
{
        glutInit(&argc, argv);
        glutInitWindowSize(200,200);
        glutInitWindowPosition(0,0);
        //glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA);
        glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE);
        glutCreateWindow(argv[0]);
        //glutFullScreen();
        glutDisplayFunc(display);
        init();
        glutTimerFunc(10, timer, 0);

        glutMainLoop();
        return 0;
}

int PImain(int argc, char *argv[]) {
        int i;
        int j;
        double s;
        double u;
#pragma omp parallel for private(j) reduction(+:s)
        for (i=0; i<(DIV_NUM); i++) {
                s = s + ((double)i/(double)DIV_NUM);
                if ( (i%RESOLUTION)==(RESOLUTION-1) ) {
                        shape[i/RESOLUTION] = (double)i / (double)DIV_NUM;
                }
        }
}

int main(int argc, char *argv[]) {
#pragma omp parallel sections
{
        #pragma omp section
        {
        GLmain(argc, argv);
        }
        #pragma omp section
        {
        PImain(argc, argv);
        }
}
}

Nested Parallelの指定 †

• 実行直前に、（CSHなら）setenv OMP_NESTED TRUE を指定。 （BASHなら）OMP_NESTED=TRUE; export OMP_NESTED

oreganoでの並列状態の確認の一方法 †

• コマンド　top を使う。別ウィンドウでコマンドtopを起動。
• 起動直後（デフォルト）ではCPU使用状況は8プロセッサの平均（or和）。
• 「1」をタイプイン　→　表示がプロセッサごと（８行）になる。サンプルは下記。

  top - 20:19:11 up 5 days,  2:11,  4 users,  load average: 0.76, 0.22, 0.20
  Tasks: 193 total,   2 running, 191 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
  Cpu0  : 63.6%us,  0.0%sy,  0.0%ni, 36.4%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  Cpu1  : 78.4%us,  1.0%sy,  0.0%ni, 20.6%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  Cpu2  : 65.8%us,  0.0%sy,  0.0%ni, 34.2%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  Cpu3  : 82.2%us,  0.0%sy,  0.0%ni, 17.8%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  Cpu4  : 86.0%us,  0.0%sy,  0.0%ni, 14.0%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  Cpu5  : 57.9%us,  0.0%sy,  0.0%ni, 42.1%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  Cpu6  : 61.0%us,  2.0%sy,  0.0%ni, 37.0%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  Cpu7  : 53.8%us,  0.0%sy,  0.0%ni, 46.2%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
  Mem:   3373444k total,   986208k used,  2387236k free,   172812k buffers
  Swap:  5406712k total,        0k used,  5406712k free,   399508k cached

区分求積法によるpiの計算例 †

/*                                        */
/* PI and GL integrated version of        */
/* PI numerical integral calculation      */
/*                                        */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <GL/glut.h>
#include <omp.h>
#include "pi.h"

double shape[DIV_NUM/RESOLUTION];
double h;

/* 関数f(x) */
double f(double x)
{
        return sqrt(1.0-x*x);
}

void display() {
        int i;
        double x, y;

        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        glPointSize(5.0);
        glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);  /* red */

        for (i=0; i<DIV_NUM/RESOLUTION; i++) {
//              fprintf(stderr, "shape[%d]=%f\n", i, shape[i]);
                x = (double)i * h;
                y = shape[i];
                glRectd(x, 0.0, x+h, y);
        }
        //glFlush();  /* Use gluSwapBuffers() instead of glFlush() for double buffering */
        glutSwapBuffers();
}

void init(void)
{
        glEnable(GL_POINT_SMOOTH);
        glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
        h = (RIGHT-LEFT) / (double)(DIV_NUM/RESOLUTION);
}

void timer(int value) {
        glutPostRedisplay();
        glutTimerFunc(10, timer, 0);
}

int GLmain(int argc, char* argv[])
{
        glutInit(&argc, argv);
        glutInitWindowSize(200,200);
        glutInitWindowPosition(0,0);
        //glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA);
        glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE);
        glutCreateWindow(argv[0]);
        //glutFullScreen();
        glutDisplayFunc(display);
        init();
        glutTimerFunc(10, timer, 0);

        glutMainLoop();
        return 0;
}

int PImain(int argc, char *argv[]) {
        int i;
        int j;
        double s = 0;
        double temp;
        for (i=0; i<(DIV_NUM/RESOLUTION); i++) shape[i] = 0.0;
#pragma omp parallel for private(temp) reduction(+:s)
        for (i=0; i<=DIV_NUM; i++) {
                temp = f(((double)i)/(double)DIV_NUM);
                s = s + temp;
                if ( (i%RESOLUTION) == (RESOLUTION-1) ) {
                        shape[i/RESOLUTION] = temp;
                }
        }
        s = (s - (f(LEFT) + f(RIGHT))/2.0) / ((double)DIV_NUM);
        fprintf(stderr, "pi=%2.18f\n", s*4);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
        struct timeval tv_start, tv_end;

#pragma omp parallel sections
{
        #pragma omp section
        {
                GLmain(argc, argv);
        }
        #pragma omp section
        {
                gettimeofday(&tv_start, NULL);  /* 開始時刻測定 */
                PImain(argc, argv);
                gettimeofday(&tv_end, NULL);  /* 終了時刻測定 */

                fprintf(stderr, "time=%8.6f\n",
                   (double)(tv_end.tv_sec-tv_start.tv_sec)+(double)(tv_end.tv_usec-tv_start.tv_usec)/1000000.0);
        }
}
}

ただし、ヘッダーファイル pi.h は

#define LEFT 0.0        /* left edge of integration area */
#define RIGHT 1.0       /* right edge of integration area */

#define DIV_NUM 160000000  /* 全体の閾値の分割数  */
//#define DIV_NUM 16000  /* 全体の閾値の分割数  */
#define TH_NUM 8                /* スレッド数 */

#define RESOLUTION 10000                /* グラフ表示の解像度 */

実行中の様子（VNCクライアント上でスクリーンキャプチャ）

OpenMP参考資料 †

• OpenMP入門
• OpenMP プラグマおよびオプション
• OpenMPの使い方
• インテルコンパイラーOpenMP入門
• 並列化ディレクティブ（SGI）
• OpenCV/OpenMP/ループ構文.html　　サイトの目次はhttp://www.eml.ele.cst.nihon-u.ac.jp/~momma/wiki/wiki.cgi
• Summary of OpenMP 3.0 C/C++ Syntax
• Manpage of CLOCK_GETRES、　Manpage of GETTIMEOFDAY