OpenMP Sections Construct 实现原理以及源码分析

OpenMP Sections Construct 实现原理以及源码分析

前言

在本篇文章当中主要给大家介绍 OpenMP 当中主要给大家介绍 OpenMP 当中 sections construct 的实现原理以及他调用的动态库函数分析。如果已经了解过了前面的关于 for 的调度方式的分析，本篇文章就非常简单了。

编译器角度分析

在这一小节当中我们将从编译器角度去分析编译器会怎么处理 sections construct ，我们以下面的 sections construct 为例子，看看编译器是如何处理 sections construct 的。

#pragma omp sections {   #pragma omp section   stmt1;   #pragma omp section   stmt2;   #pragma omp section   stmt3; } 

上面的代码会被编译器转换成下面的形式，其中 GOMP_sections_start 和 GOMP_sections_next 是并发安全的，他们都会返回一个数据表示第几个 omp section 代码块，其中 GOMP_sections_start 的参数是表示有几个 omp section 代码块，并且返回给线程一个整数表示线程需要执行第几个 section 代码块，这两个函数的意义不同的是在 GOMP_sections_start 当中会进行一些数据的初始化操作。当两个函数返回 0 的时候表示所有的 section 都被执行完了，从而退出 for 循环。

for (i = GOMP_sections_start (3); i != 0; i = GOMP_sections_next ())   switch (i)     {     case 1:       stmt1;       break;     case 2:       stmt2;       break;     case 3:       stmt3;       break;     } GOMP_barrier (); 

动态库函数分析

事实上在函数 GOMP_sections_start 和函数 GOMP_sections_next 当中调用的都是我们之前分析过的函数 gomp_iter_dynamic_next ，这个函数实际上就是让线程始终原子指令去竞争数据块（chunk），这个特点和 sections 需要完成的语意是相同的，只不过 sections 的块大小（chunk size）都是等于 1 的，因为一个线程一次只能够执行一个 section 代码块。

unsigned GOMP_sections_start (unsigned count) {   // 参数 count 的含义就是表示一共有多少个 section 代码块   // 得到当线程的相关数据   struct gomp_thread *thr = gomp_thread ();   long s, e, ret;   // 进行数据的初始化操作   // 将数据的 chunk size 设置等于 1   // 分割 chunk size 的起始位置设置成 1 因为根据上面的代码分析 0 表示退出循环 因此不能够使用 0 作为分割的起始位置   if (gomp_work_share_start (false))     {     // 这里传入 count 作为参数的原因是需要设置 chunk 分配的最终位置 具体的源代码在下方       gomp_sections_init (thr->ts.work_share, count);       gomp_work_share_init_done ();     }   // 如果获取到一个 section 的执行权 gomp_iter_dynamic_next 返回 true 否则返回 false    // s 和 e 分别表示 chunk 的起始位置和终止位置 但是在 sections 当中需要注意的是所有的 chunk size 都等于 1   // 这也很容易理解一次执行一个 section 代码块   if (gomp_iter_dynamic_next (&s, &e))     ret = s;   else     ret = 0;   return ret; }  // 下面是部分 gomp_sections_init 的代码 static inline void gomp_sections_init (struct gomp_work_share *ws, unsigned count) {   ws->sched = GFS_DYNAMIC;   ws->chunk_size = 1; // 设置 chunk size 等于 1   ws->end = count + 1L; // 因为一共有 count 个 section 块   ws->incr = 1; // 每次增长一个   ws->next = 1; // 从 1 开始进行 chunk size 的分配 因为 0 表示退出循环（编译器角度分析） }  unsigned GOMP_sections_next (void) {   // 这个函数就比较容易理解了 就是获取一个 chunk 拿到对应的 section 的执行权   long s, e, ret;   if (gomp_iter_dynamic_next (&s, &e))     ret = s;   else     ret = 0;   return ret; }  // 下面的函数在之前的很多文章当中都分析过了 这里不再进行分析 // 下面的函数的主要过程就是使用 CAS 指令不断的进行尝试，直到获取成功或者全部获取完成 没有 chunk 需要分配 bool gomp_iter_dynamic_next (long *pstart, long *pend) {   struct gomp_thread *thr = gomp_thread ();   struct gomp_work_share *ws = thr->ts.work_share;   long start, end, nend, chunk, incr;    end = ws->end;   incr = ws->incr;   chunk = ws->chunk_size;    if (__builtin_expect (ws->mode, 1))     {       long tmp = __sync_fetch_and_add (&ws->next, chunk);       if (incr > 0) 	{ 	  if (tmp >= end) 	    return false; 	  nend = tmp + chunk; 	  if (nend > end) 	    nend = end; 	  *pstart = tmp; 	  *pend = nend; 	  return true; 	}       else 	{ 	  if (tmp <= end) 	    return false; 	  nend = tmp + chunk; 	  if (nend < end) 	    nend = end; 	  *pstart = tmp; 	  *pend = nend; 	  return true; 	}     }    start = ws->next;   while (1)     {       long left = end - start;       long tmp;        if (start == end) 	return false;        if (incr < 0) 	{ 	  if (chunk < left) 	    chunk = left; 	}       else 	{ 	  if (chunk > left) 	    chunk = left; 	}       nend = start + chunk;        tmp = __sync_val_compare_and_swap (&ws->next, start, nend);       if (__builtin_expect (tmp == start, 1)) 	break;        start = tmp;     }    *pstart = start;   *pend = nend;   return true; } 

总结

在本篇文章当中主要介绍了 OpenMP 当中 sections 的实现原理和相关的动态库函数分析，关于 sections 重点在编译器会如何对 sections 的编译指导语句进行处理的，动态库函数和 for 循环的动态调度方式是一样的，只不过 chunk size 设置成 1，分块的起始位置等于 1，分块的最终值是 section 代码块的个数，最终在动态调度的方式使用 CAS 不断获取 section 的执行权，指导所有的 section 被执行完成。

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