OpenMP并行编程实例系列3 —— 线程设置

OpenMP 线程设置

OpenMP 可以在程序中设置线程数，常用的有 3 种方式：

• 使用环境变量 OMP_NUM_THREADS 设置线程数；
  
• 调用 OpenMP 的环境函数 omp_set_num_threads 设置线程数；
  
• 直接在 #pragma omp 语句中使用 num_threads 关键字设置线程数。
  

别的，还支持在多个嵌套级别上控制线程数（不同嵌套中线程可以不同）。以下的实例展示如何使用环境变量 OMP_NUM_THREADS 在多个嵌套级别上控制线程数目，为了理顺逻辑，我添加了一些打印信息。

1. // desc: Controlling the Number of Threads on Multiple Nesting Levels
2. // file: omp_nthrs_nesting.cpp
4. #include <cstdio>
5. #include <omp.h>
7. int main(int argc, char const *argv[])
8. {
9.     omp_set_nested(1);        // 设置允许嵌套并行
10.     omp_set_dynamic(0);        // 静止动态改变线程数
11.     #pragma omp parallel
12.     {
13.         int tid1 = omp_get_thread_num();
14.         printf("-1: %d\n", tid1);
15.         #pragma omp parallel
16.         {        // 嵌套并行
17.             int tid2 = omp_get_thread_num();
18.             printf("-2: %d - %d\n", tid1, tid2);
19.             #pragma omp single
20.             {
21.                 printf("inner1: num threads %d\n", omp_get_num_threads());
22.             }
23.         }
25.         #pragma omp barrier
26.         omp_set_nested(0);
27.         #pragma omp parallel
28.         {
29.             int tid2 = omp_get_thread_num();
30.             printf("-3: %d - %d\n", tid1, tid2);
31.             #pragma omp single
32.             {
33.                 printf("inner2: num threads %d\n", omp_get_num_threads());
34.             }
35.         }
37.         #pragma omp barrier
38.         printf("-4: %d\n", tid1);
39.         #pragma omp single
40.         {
41.             printf("outter: num threads %d\n", omp_get_num_threads());
42.         }
43.     }
45.     return 0;
46. }

复制代码

程序中一些 omp 子句的分析：

• #pragma omp single
  指定并行域中的串行任务，创建仅由一个线程实行的任务，先到先实行，其他线程期待实在行结束后再一起实行后面的任务。
  
• #pragma omp barrier
  期待同步：用在并行域内，全部线程实行到 barrier 都要停下期待，直到全部线程都实行到 barrier，然后再继续往下实行
  

以下是线程数为 2 和 3 的输出结果

1. $ export OMP_NUM_THREADS=2        # 通过环境变量，设置线程数为2
2. $ ./omp_nthrs_nesting
3. -1: 0        # 外层的线程
4. -1: 1
5. -2: 0 - 0        # 嵌套的线程
6. inner1: num threads 2        # single输出
7. -2: 0 - 1
8. -2: 1 - 0
9. inner1: num threads 2        # single输出
10. -2: 1 - 1
11. -3: 0 - 0         # 外层线程，禁止嵌套
12. inner2: num threads 1        # single输出
13. -3: 1 - 0
14. inner2: num threads 1        # single输出
15. -4: 0        # 外层线程
16. outter: num threads 2        # single输出
17. -4: 1
19. $ export OMP_NUM_THREADS=3
20. $ ./omp_nthrs_nesting
21. -1: 0
22. -1: 2
23. -1: 1
24. -2: 0 - 0
25. inner1: num threads 3
26. -2: 0 - 2
27. -2: 0 - 1
28. -2: 2 - 1
29. -2: 2 - 0
30. -2: 2 - 2
31. -2: 1 - 0
32. inner1: num threads 3
33. -2: 1 - 1
34. -2: 1 - 2
35. inner1: num threads 3
36. -3: 0 - 0
37. inner2: num threads 1
38. -3: 2 - 0
39. inner2: num threads 1
40. -3: 1 - 0
41. inner2: num threads 1
42. -4: 0
43. outter: num threads 3
44. -4: 1
45. -4: 2

复制代码

运行环境函数

运行环境函数（Execution Environment Routines）是用于设置和获取 OpenMP 运行属性的函数，常用函数如下：
            函数                分析     omp_set_num_threads(int)设置并行域中的线程个数（用在串行域中）omp_get_num_threads()返回当前并行域中的线程个数omp_get_max_threads()返回并行域中缺省可用的最大线程个数omp_get_thread_num()返回当火线程的线程号，0号为主线程omp_get_num_procs()返回系统中处理器的个数omp_in_parallel()判断是否在并行域中omp_set_dynamic(int)启用或关闭线程数目动态改变功能（用在串行域中）omp_get_dynamic()判断系统是否支持动态改变线程数目omp_set_nested(int)启用或关闭并行域嵌套功能（缺省为关闭）omp_get_nested()判断系统是否支持并行域的嵌套 omp_set_dynamic 函数

函数 omp_set_dynamic 是启用或关闭线程数目动态改变功能，须要在串行域中调用。它可以使 num_threads 子句的设置失效。实比方下：

1. // desc: Interaction Between the num_threads Clause and omp_set_dynamic
2. // file: omp_nthrs_dynamic.1.cpp
4. #include <cstdio>
5. #include <omp.h>
7. int main(int argc, char const *argv[])
8. {
9.     omp_set_dynamic(1);
10.     // omp_set_dynamic(0);
11.     #pragma omp parallel num_threads(10)
12.     {
13.         int tid1 = omp_get_thread_num();
14.         printf("tid: %d\n", tid1);
15.     }
17.     return 0;
18. }

复制代码

第 9 行调用 omp_set_dynamic(1) 支持动态改变线程数，输出如下：

1. $ export OMP_NUM_THREADS=3        # 默认为3线程
2. $ ./omp_nthrs_dynamic.1                # 运行时设为10个线程
3. tid: 3
4. tid: 2
5. tid: 0
6. tid: 6
7. tid: 4
8. tid: 5
9. tid: 1
10. tid: 7
11. tid: 9
12. tid: 8

复制代码

若屏蔽第 9 行代码，放开第 10 行 omp_set_dynamic(0) ，不支持动态改变线程数，则输出如下：

1. $ ./omp_nthrs_dynamic.1
2. tid: 0
3. tid: 2
4. tid: 1

复制代码

通过调用 omp_set_dynamic 函数显式设置 ICV（ Internal Control Variables 内置控制变量，用于控制 OpenMP 程序举动的变量，比如存储线程数，线程号等信息） 是一种很好的做法，因为它的默认设置是由实现定义的，不同编译器都有各自的最优实现。

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