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title: Unidad 8
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# Unidad 8: OpenMP

## Contenido de la unidad

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## Hilos en C
<img src="_static/images/logo-c.png"/>

```{note}
**Veamos cómo se programan**

Ver el Notebook "threadsC.ipynb"

```

## Diferencias entre threads y OpenMP

```{dropdown} API y nivel de abstracción
- Threads en C son de bajo nivel.
- OpenMP es de más alto nivel.
```

```{dropdown} Ejecución paralela
- Threads en C permiten una ejecución paralela fina-grano.
- OpenMP se centra en la ejecución paralela a nivel de bucles y funciones.
```

```{dropdown} Sincronización
- Threads en C proporcionan primitivas de sincronización de bajo nivel.
- OpenMP proporciona constructos de sincronización de más alto nivel.
```

```{dropdown} 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

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- 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
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### Modelo de ejecución en OpenMP

<img src="_static/images/U7_3.png"/>

- 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
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## 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"

```