Unidad 7: OpenMP#

Contenido de la unidad#

Hilos en C#

Note

Veamos cómo se programan

Ver el Notebook “threadsC.ipynb”

Diferencias entre threads y OpenMP#

API y nivel de abstracción

  • Threads en C son de bajo nivel.

  • OpenMP es de más alto nivel.

Ejecución paralela

  • Threads en C permiten una ejecución paralela fina-grano.

  • OpenMP se centra en la ejecución paralela a nivel de bucles y funciones.

Sincronización

  • Threads en C proporcionan primitivas de sincronización de bajo nivel.

  • OpenMP proporciona constructos de sincronización de más alto nivel.

Paralelismo de bucles

  • OpenMP permite paralelizar bucles de forma automática.

  • Threads en C, esto debe hacerse manualmente.

  • API y nivel de abstracción: Los threads en C son una API de bajo nivel que requieren un mayor conocimiento del programador sobre cómo funcionan los hilos y cómo sincronizarlos. En cambio, OpenMP es una API de más alto nivel que proporciona constructos de programación paralela más sencillos para el usuario.

  • Ejecución paralela: Los threads en C permiten una ejecución paralela fina-grano, lo que significa que el programador puede controlar exactamente qué se ejecuta en cada hilo. En cambio, OpenMP se centra en la ejecución paralela a nivel de bucles y funciones, lo que significa que el programador tiene menos control sobre cómo se ejecuta el código en paralelo.

  • Sincronización: Los threads en C proporcionan primitivas de sincronización de bajo nivel como mutexes y semáforos para controlar el acceso concurrente a secciones críticas. OpenMP, por otro lado, proporciona constructos de sincronización de más alto nivel como barreras y locks implícitos.

  • Paralelismo de bucles: OpenMP permite una forma sencilla de paralelizar bucles utilizando la directiva #pragma omp parallel for. Esta directiva permite paralelizar un bucle de forma automática en varios hilos sin necesidad de crear manualmente cada hilo. Los threads en C también pueden paralelizar bucles, pero el programador debe realizar esta tarea manualmente.

OpenMP versus threads#

  • Los threads en C proporcionan un mayor nivel de control y flexibilidad, pero requieren un mayor conocimiento del programador.

  • OpenMP es más fácil de usar y proporciona una mayor portabilidad y una mayor abstracción del hardware subyacente.

  • Tanto los threads en C como el uso de OpenMP en C permiten crear programas paralelos que pueden ejecutar tareas en múltiples procesadores o núcleos de forma simultánea.

Introducción#

Características#

  • Es estándar para la programación de aplicaciones en el modelo de memoria compartida.

  • Está soportado en lenguajes de programación como: C, C++ y Fortran

  • Está basado o compuesto de:

    • Directivas: desarrollar elementos de programación paralela

    • Funciones o librerías: útiles para según se necesiten

    • Variables de entorno: pasar información a los programas

    • Runtime: ambiente de ejecución

Modelo para OpenMP#

Modelo de ejecución en OpenMP#

  • El programa comienza en el hilo de ejecución principal (main).

  • Los hilos de trabajo (Workers) son generados en las regiones paralelas.

  • En medio de las regiones paralelas los hilos son pausados.

  • OpenMP se basa en Fork/Join

Directivas y región paralela#

Directivas#

  • En programación en general: las directivas son una construcción del lenguaje que indican cómo un compilador debería procesar un bloque de código

  • En OpenMP: las directivas indicarán cómo el compilador deberá interpretar ciertas reglas de código para la ejecución en paralelo

Directivas OpenMP#

  • Lenguaje orientado a directivas.

    #pragma

  • No son parte de la especificación o comportamiento de C

  • Si un compilador no tiene soporte, simplemente ignora las directivas

Región paralela - especificando#

Paralelismo expresado de manera explícita

#pragma omp parallel
{
    // Bloque estructurado
}

Región paralela - bloque estructurado#

Características:

  • Tiene exactamente un punto de entrada en la parte superior

  • Tiene exactamente un punto de salida en la parte inferior

  • No se permite ramificación hacia afuera o hacia adentro

  • Si se permite la terminación del programa

Región paralela - bloque estructurado#

Manejo de recursos#

¿Cuántos hilos para mi programa?#

Lo puedo definir usando una variable de entorno

OMP_NUM_THREADS = 6

Lo puedo definir usando una cláusula num_threads():

#pragma omp parallel num_threads(6)

  • Modifican el funcionamiento de las directivas

  • Permite que el programador especifique el número de hilos que va a ejecutar el siguiente bloque de código

Programación con OpenMP#

Note

Veamos cómo se programan

Ver el Notebook “OpenMP_en_C.ipynb”