OpenMP 有效的数据规约

一、引言

在以多线程执行的的循环访问中，为了解决在不使用锁的情况下既共享sum变量有保护该变量的问题，OpenMP提供了reduction子句，可以用来有效的合并一个循环中某些关于一个或多个满足结合律的算术规约操作。

二、reduction示例

1. #include <iostream>
2. #include <omp.h> // OpenMP编程需要包含的头文件
4. int main()  
5. {  
6. int sum = 0;   
8.     std::cout << "Before: " << sum << std::endl;  
10. #pragma omp parallel for reduction(+: sum) 
11. for (int i = 0; i < 10; ++i)   
12.     {  
13.         sum = sum + i;  
14.         std::cout << sum << std::endl;  
15.     }  
17.     std::cout << "After: " << sum << std::endl;  
18. return 0;  
19. } 

输出如下：

其中sum是共享的，采用reduction之后，每个线程根据reduction（+: sum）的声明算出自己的sum，然后再将每个线程的sum加起来。

可以看到，第一个线程sum的值依次为0, 1, 3, 6, 10；第二个线程sum的值一次为5, 11, 18, 26, 35；最后10+35=45。

如果将其中的reduction声明去掉，则会输出：

计算步骤如下：

第一个线程sum=0；第二个线程sum=5

第一个线程sum=1+5=6；    第二个线程sum=6+6=12

第一个线程sum=2+12=14；第二个线程sum=7+14=21

第一个线程sum=3+21=24；第二个线程sum=8+24=32

第一个线程sum=4+32=36；第二个线程sum=9+36=45

尽管结果是对的，但两个线程对共享的sum的操作是不确定的，会引发数据竞争，例如计算步骤可能如下：

第一个线程sum=0；第二个线程sum=5

第一个线程sum=1+5=6；    第二个线程sum=6+6=12

第一个线程sum=2+12=14；第二个线程sum=7+14=21

第一个线程sum=3+21=24；第二个线程sum=8+21=29 //在第一个线程没有将sum更改为24时，第二个线程读取了sum的值

第一个线程sum=4+29=33；第二个线程sum=9+33=42 //导致结果错误。

reduction声明可以看作：

1. 保证了对sum的原则操作

2. 多个线程的执行结果通过reduction中声明的操作符进行计算，以加法操作符为例：

假设sum的初始值为10，reduction（+: sum）声明的并行区域中每个线程的sum初始值为0（规定），并行处理结束之后，会将sum的初始化值10以及每个线程所计算的sum值相加。

三、reduction的声明形式

我们在上边已经了解了reduction的声明形式，其具体如下：

reduction (operator: var1, val2, ...)

其中operator以及约定变量的初始值如下：

运算符            数据类型                  默认初始值

+                   整数、浮点               0

-                    整数、浮点               0

*                   整数、浮点               1

&                   整数                        所有位均为1

|                    整数                        0
^                   整数                        0

&&                 整数                        1

||                   整数                        0

小结

对reduction的用法进行了介绍，下面介绍线程同步。