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《OpenACC并行编程实战》—— 第3章 OpenACC计算构件 3.1 条件编译

本节书摘来自华章出版社《openacc并行编程实战》一 书中的第3章,第3.1节,作者何沧平,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

程序的加速效果来自于对计算部分的并行化。本章重点介绍计算并行化所用的3个构件:kernels、loop和parallel,以及几个重要的子语。编译器将串行循环映射成并行线程的方式多种多样,需要仔细观察几种常用循环的并行化方式,掌握映射规律。为了演示计算构件的语法和加速效果,3.7节移植常用的jacobi迭代。

特别提醒:用openacc并行化程序的过程中,可能不会立即有加速效果,甚至计算并行化反而使整体运行时间延长。这是正常现象,增加的时间是主机与设备之间的数据传输,不必担忧,第4章会详细讲述如何缩短数据传输时间。

从本章开始,假定读者拥有linux环境下日常操作、编译运行代码的基础,已经成功部署openacc开发环境。linux入门教材推荐《鸟哥的linux私房菜》。本书中所有示例代码均经过测试验证,测试环境有3种:

1)笔记本电脑:英特尔cpu,英伟达geforce gt 420m显卡,windows 7操作系统,pgi workstation 15.10。

2)笔记本电脑:英特尔cpu,英伟达geforce gt 420m显卡,ubuntu 14.04操作系统,pgi workstation 16.3。

3)服务器:两颗英特尔至强cpu,两块英伟达tesla k20m计算卡,red hat enterprise linux 6.2操作系统,pgi workstation 16.3。

英伟达geforce gt 420m拥有96个cuda核心。默认使用第1种环境编辑、调试代码,使用第2种环境获取程序性能、绘制性能图形,第3种环境特别用于计算区域内的过程调用和6.6节单机多卡的情形。

对示例代码的讲述以c语言主为,如无特别需要,只列出fortran版代码,不再讲述重复的语法、技巧。为便于讲述,每行代码都添加了行号,这些行号不是代码的组成部分。

openacc规范要求支持它的编译器预定义一个宏_openacc,宏的值为yyyymm,其中yyyy是编译器所支持openacc版本的发布年份,mm是月份。当且仅当openacc导语功能打开时,编译器必须定义这个宏。openacc 1.0、2.0、2.5版本对应的宏值分别为201111、201306、201509。可以在程序中使用下列语句将宏_openacc的值输出到屏幕上:

结合程序语言的预处理语句,该宏可以增强代码的适应性,请看例3.1。

《OpenACC并行编程实战》—— 第3章 OpenACC计算构件 3.1 条件编译

例3.1第9行中的函数acc_get_num_devices(.)的作用是获取设备的数量,函数功能细节此处不必深究,它的原型包含在头文件openacc.h中,不支持openacc的编译器没有该头文件,因此在第2行使用#ifdef条件包含这个文件,否则不支持openacc的编译器遇到#include语句时将报错。若编译器支持openacc则编译第8~9行,若编译器不支持openacc则编译第11行。

使用不支持openacc的gcc编译器编译:

使用支持openacc的pgi编译器编译,并打开支持选项,在拥有一块英伟达显卡的笔记本上运行,正确给出运行环境中的设备数量:

pgi编译器的c语言编译程序是pgcc,选项-acc的作用是打开编译器对openacc的支持,从而有了编译器定义的宏_openacc,没有选

-acc的话,第3、8~9行会被忽略。

fortran代码有个预编译小技巧:fortran语言本身不支持#ifdef等预处理指令,因此要在正式编译前预处理一下,见例3.2。将fortran源码文件的扩展名由通常的小写.f90改为大写的.f90,pgi编译器就会自动添加预处理过程。

《OpenACC并行编程实战》—— 第3章 OpenACC计算构件 3.1 条件编译

pgi编译器的fortran语言编译程序是pgfortran,支持fortran 77/90/95/2003多个版本。使用支持openacc的pgi编译器编译,并打开支持选项-acc,运行结果正确显示拥有1个设备:

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