并行计算 | OpenMP初识 hello world小实验

本文主要是介绍并行计算 | OpenMP初识 hello world小实验，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

📚并发与并行
📚关于OpenMP
- 🐇概述
- 🐇加速原理
- 🐇基本使用
📚hello world 小实验
- 🐇代码
- 🐇运行实现
- 🐇PuTTy和FileZilla补充介绍

📚并发与并行

并发（Concurrency）：系统的一种状态，其中多个任务同时在逻辑上处于活动状态。
并行（Parallelism）：系统的一种状态，其中多个任务实际上同时处于活动状态。
并行编程过程

📚关于OpenMP

🐇概述

OpenMP (Open Multi-Processing) 是一种用于并行编程的应用程序接口 (API)，它针对共享内存多处理器系统的并行计算进行了优化。它是一个可移植、可伸缩的并行编程模型，可以在多个平台上运行，包括计算机集群和大型超级计算机。
OpenMP 是一个开放的标准，由一组 C、C++ 和 Fortran 编译指令组成，这些指令可以在编写串行代码的同时进行并行化，从而实现更高的程序性能。通过将代码分解为多个线程，OpenMP 可以使多个处理器同时处理问题，从而缩短了计算时间。
OpenMP 可以在不修改程序代码的情况下添加并行化，因为它使用编译器指令来控制线程的创建和同步。这使得它非常适合那些需要快速将现有代码并行化的应用程序。
OpenMP 提供了一系列指令，包括 #pragma指令，用于告诉编译器哪些部分应该并行执行。在代码中使用这些指令可以实现并行计算，提高程序性能。

🐇加速原理

OpenMP 的并行加速原理基于共享内存的并行计算模型。在共享内存计算机系统中，多个处理器可以同时访问共享的主内存。
OpenMP 使用基于线程的并行计算模型。线程是程序执行流的基本单位，多个线程可以在同一时间访问共享的主内存，从而实现并行计算。
OpenMP 提供了一些指令，如 #pragma omp parallel和#pragma omp for，用于将代码块并行化。这些指令告诉编译器在运行时创建多个线程来执行指定的代码块，并通过同步机制确保线程之间的正确协调和数据共享。
使用OpenMP并行化处理时，需要注意线程的数量和负载均衡。如果线程数量太多或太少，都会影响程序的效率。在代码实现中，可以通过设置OMP_NUM_THREADS环境变量来控制线程数量，以达到最优的效率和负载均衡。
数据的意外共享导致竞争条件——程序的结果随着线程的不同调度而改变。

🐇基本使用

引入OpenMP头文件：
```
#include "omp.h"
```

定义并行区域：

#pragma omp parallel
{// 并行执行的代码块
}

获取线程数量：

int num_threads;
#pragma omp parallel
{num_threads = omp_get_num_threads();
}

获取线程编号：

int thread_id;
#pragma omp parallel private(thread_id)
{thread_id = omp_get_thread_num();
}

指定并行循环：

#pragma omp parallel for
for (int i = 0; i < n; i++) {// 循环体
}

控制并行循环迭代次数：

#pragma omp parallel for schedule(static, chunk_size)
for (int i = 0; i < n; i++) {// 循环体
}

使用原子操作：

#pragma omp parallel
{#pragma omp atomicvariable += value;
}

使用临界区防止冲突：

#pragma omp parallel
{#pragma omp critical{// 临界区代码}
}

将数据私有化：

#pragma omp parallel
{int private_var;// 私有变量只在当前线程中可见
}

同步线程：

#pragma omp parallel
{// 并行执行的代码块#pragma omp barrier// 所有线程必须同步在这里继续执行后面的代码// 其他代码
}

📚hello world 小实验

🐇代码

hello.cpp

#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);	}}

compile.sh

g++ -fopenmp hello.cpp -o hello
export OMP_NUM_THREADS=60
./hello

🐇运行实现

借助FileZilla把hello.cpp和compile.sh直接拖动到对应目录（也可以直接PuTTy控制台创建移动，但用FileZilla真的很方便，绝对不是偷懒的意思( ･´ω`･ )）
PuTTy控制台打开，cd到对应路径后，运行sh compile.sh（具体命令都放在compile.sh里，这里直接跑就行了）
运行多次，可以看到每次的输出结果都不太一样：由于并行化的特性，多个线程可以同时执行程序的不同部分，因此输出的结果顺序是不确定的。每次运行程序时，不同的线程可能以不同的顺序执行printf()函数，导致输出结果的顺序不同。

🐇PuTTy和FileZilla补充介绍

PuTTY是一款免费的SSH、Telnet和rlogin客户端工具，用于远程管理和操作主机。
PuTTY提供了一个简单易用的用户界面，可以轻松地与服务器进行连接，并提供了一系列功能，如远程登录、文件传输、端口转发等。它支持多种加密和认证方法，确保数据传输的安全性。
PuTTy安装及使用

FileZilla是一款功能强大且易于使用的开源FTP客户端软件，用于在本地计算机和远程服务器之间进行文件传输。它支持多种操作系统，包括Windows、Mac和Linux。
FileZilla提供了简洁直观的界面，可以轻松地连接到FTP服务器，并进行文件上传和下载。它支持多线程传输，具有高效的传输速度和稳定性。同时，它还支持断点续传，可以在传输中断后恢复文件的传输，节省时间和带宽。
FileZilla安装流程如下：
- 找到FileZilla中文网。
- 进入下载界面，下载对应文件。
- 安装完成后，输入远程地址及对应账户密码，即可连接，而后进行文件传输。