OpenMP中的任务调度

梦里梦外; 2022-08-27 01:11 230阅读 0赞

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（这个url可真长！）

#  **OpenMP中的任务调度** #

OpenMP中，任务调度主要用于并行的for循环中，当循环中每次迭代的计算量不相等时，如果简单地给各个线程分配相同次数的迭代的话，会造成各个线程计算负载不均衡，这会使得有些线程先执行完，有些后执行完，造成某些CPU核空闲，影响程序性能。例如以下代码：  
int i, j;  
int a\[100\]\[100\] = \{0\};  
for ( i =0; i < 100; i++)  
\{  
for( j = i; j < 100; j++ )  
\{  
a\[i\]\[j\] = i\*j;  
\}  
\}  
如果将最外层循环并行化的话，比如使用4个线程，如果给每个线程平均分配25次循环迭代计算的话，显然i＝0和i＝99的计算量相差了100倍，那么各个线程间可能出现较大的负载不平衡情况。为了解决这些问题，OpenMP中提供了几种对for循环并行化的任务调度方案。  
在OpenMP中，对for循环并行化的任务调度使用schedule子句来实现，下面介绍schedule字句的用法。

**Schedule子句用法**  
schedule子句的使用格式为：  
schedule(type\[,size\])  
schedule有两个参数：type和size，size参数是可选的。  
**1. type参数**  
表示调度类型，有四种调度类型如下：  
· dynamic  
· guided  
· runtime  
· static  
这四种调度类型实际上只有static、dynamic、guided三种调度方式，runtime实际上是根据环境变量来选择前三种中的某中类型。  
run-sched-var  
**2. size参数 (可选)**  
size参数表示循环迭代次数，size参数必须是整数。static、dynamic、guided三种调度方式都可以使用size参数，也可以不使用size参数。当type参数类型为runtime时，size参数是非法的（不需要使用，如果使用的话编译器会报错）。

**静态调度(static)**  
当parallel for编译指导语句没有带schedule子句时，大部分系统中默认采用static调度方式，这种调度方式非常简单。假设有n次循环迭代，t个线程，那么给每个线程静态分配大约n/t次迭代计算。这里为什么说大约分配n/t次呢？因为n/t不一定是整数，因此实际分配的迭代次数可能存在差1的情况，如果指定了size参数的话，那么可能相差一个size。  
静态调度时可以不使用size参数，也可以使用size参数.

1. 不使用size参数  
不使用size参数时，分配给每个线程的是n/t次连续的迭代，不使用size参数的用法如下：  
schedule(static)  
例如以下代码:  
\#pragma omp parallel for schedule(static)  
for(i = 0; i < 10; i++ )  
\{  
printf("i=%d, thread\_id=%d\\n", i, omp\_get\_thread\_num());  
\}  
  
上面代码执行时打印的结果如下：  
i=0, thread\_id=0  
i=1, thread\_id=0  
i=2, thread\_id=0  
i=3, thread\_id=0  
i=4, thread\_id=0  
i=5, thread\_id=1  
i=6, thread\_id=1  
i=7, thread\_id=1  
i=8, thread\_id=1  
i=9, thread\_id=1  
可以看出线程0得到了0～4次连续迭代，线程1得到5～9次连续迭代。注意由于多线程执行时序的随机性，每次执行时打印的结果顺序可能存在差别，后面的例子也一样。

2. 使用size参数  
使用size参数时，分配给每个线程的size次连续的迭代计算，用法如下：  
schedule(static, size)  
例如以下代码:  
\#pragma omp parallel for schedule(static, 2)  
for(i = 0; i < 10; i++ )  
\{  
printf("i=%d, thread\_id=%d\\n", i, omp\_get\_thread\_num());  
\}  
执行时会打印以下结果：  
i=0, thread\_id=0  
i=1, thread\_id=0  
i=4, thread\_id=0  
i=5, thread\_id=0  
i=8, thread\_id=0  
i=9, thread\_id=0  
i=2, thread\_id=1  
i=3, thread\_id=1  
i=6, thread\_id=1  
i=7, thread\_id=1  
从打印结果可以看出，0、1次迭代分配给线程0，2、3次迭代分配给线程1，4、5次迭代分配给线程0，6、7次迭代分配给线程1，…。每个线程依次分配到2次连续的迭代计算。

**动态调度(dynamic)**  
动态调度是动态地将迭代分配到各个线程，动态调度可以使用size参数也可以不使用size参数，不使用size参数时是将迭代逐个地分配到各个线程，使用size参数时，每次分配给线程的迭代次数为指定的size次。  
下面为使用动态调度不带size参数的例子：  
\#pragma omp parallel for schedule(dynamic)  
for(i = 0; i < 10; i++ )  
\{  
printf("i=%d, thread\_id=%d\\n", i, omp\_get\_thread\_num());  
\}  
打印结果如下：  
i=0, thread\_id=0  
i=1, thread\_id=1  
i=2, thread\_id=0  
i=3, thread\_id=1  
i=5, thread\_id=1  
i=6, thread\_id=1  
i=7, thread\_id=1  
i=8, thread\_id=1  
i=4, thread\_id=0  
i=9, thread\_id=1  
  
下面为动态调度使用size参数的例子：  
\#pragma omp parallel for schedule(dynamic, 2)  
for(i = 0; i < 10; i++ )  
\{  
printf("i=%d, thread\_id=%d\\n", i, omp\_get\_thread\_num());  
\}  
打印结果如下：  
i=0, thread\_id=0  
i=1, thread\_id=0  
i=4, thread\_id=0  
i=2, thread\_id=1  
i=5, thread\_id=0  
i=3, thread\_id=1  
i=6, thread\_id=0  
i=8, thread\_id=1  
i=7, thread\_id=0  
i=9, thread\_id=1  
从打印结果可以看出第0、1，4、5，6、7次迭代被分配给了线程0，第2、3，8、9次迭代则分配给了线程1，每次分配的迭代次数为2。

**guided调度（guided）**  
guided调度是一种采用指导性的启发式自调度方法。开始时每个线程会分配到较大的迭代块，之后分配到的迭代块会逐渐递减。迭代块的大小会按指数级下降到指定的size大小，如果没有指定size参数，那么迭代块大小最小会降到1。  
例如以下代码：  
\#pragma omp parallel for schedule(guided,2)  
for(i = 0; i < 10; i++ )  
\{  
printf("i=%d, thread\_id=%d\\n", i, omp\_get\_thread\_num());  
\}  
打印结果如下：  
i=0, thread\_id=0  
i=1, thread\_id=0  
i=2, thread\_id=0  
i=3, thread\_id=0  
i=4, thread\_id=0  
i=8, thread\_id=0  
i=9, thread\_id=0  
i=5, thread\_id=1  
i=6, thread\_id=1  
i=7, thread\_id=1  
第0、1、2、3、4次迭代被分配给线程0，第5、6、7次迭代被分配给线程1，第8、9次迭代被分配给线程0，分配的迭代次数呈递减趋势，最后一次递减到2次。

**runtime调度（rumtime）**  
runtime调度并不是和前面三种调度方式似的真实调度方式，它是在运行时根据环境变量OMP\_SCHEDULE来确定调度类型，最终使用的调度类型仍然是上述三种调度方式中的某种。  
例如在unix系统中，可以使用setenv命令来设置OMP\_SCHEDULE环境变量：  
setenv OMP\_SCHEDULE “dynamic, 2”  
上述命令设置调度类型为动态调度，动态调度的迭代次数为2。  
在windows环境中，可以在”系统属性|高级|环境变量”对话框中进行设置环境变量。