C2115 Praktický úvod do superpočítání -1-13. lekce / Modul 2
C2115
Praktický úvod do
superpočítání
Petr Kulhánek
kulhanek@chemi.muni.cz
Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta,
Masarykova univerzita, Kotlářská 2, CZ-61137 Brno
13. lekce / Modul 2
Revize 2
C2115 Praktický úvod do superpočítání -2-13. lekce / Modul 2
Numerická integraceparalelizace pomocí
OpenMP
C2115 Praktický úvod do superpočítání -3-13. lekce / Modul 2
Sekvenční implementace
program integral
implicit none
integer(8) :: i
integer(8) :: n
double precision :: rl,rr,h,v,y,x
!---------------------------------------------------
rl= 0.0d0
rr= 1.0d0
n = 2000000000
h = (rr-rl)/n
v = 0.0d0
do i=1,n
x = (i-0.5d0)*h + rl
y = 4.0d0 / (1.0d0 + x**2)
v = v + y*h
end do
write(*,*) 'integral = ',v
end program integral
obdélníková metoda
dx
x
I  +
=
1
0
2
1
4
C2115 Praktický úvod do superpočítání -4-13. lekce / Modul 2
Paralelizace - OpenMP
OpenMP je soustava direktiv pro překladač a knihovních procedur pro paralelní
programování. Jedná se o standard pro programování počítačů se sdílenou pamětí.
OpenMP usnadňuje vytváření více vláknových programů v programovacích jazycích
Fortran, C a C++.
www.wikipedia.org
Specifikace: www.openmp.org
proces
vlákno #1
(main thread)
vlákno #2
(thread)
…
sdílená paměť
CPU jádro #1 CPU jádro #2
OpenMP je omezeno na SMP
výpočetní uzel a vícejaderné
CPU, popř. jejich kombinaci.
C2115 Praktický úvod do superpočítání -5-13. lekce / Modul 2
OpenMP implementace
ncpu = 1
!$ ncpu = omp_get_max_threads()
write(*,*) 'Number of threads = ',ncpu
!$omp parallel
!$omp do private(i,x,y),reduction(+:v)
do i=1,n
x = (i-0.5d0)*h + rl
y = 4.0d0/(1.0d0+x**2)
v = v + y*d
end do
!$omp end do
!$omp end parallel
write(*,*) 'integral = ',v
C2115 Praktický úvod do superpočítání -6-13. lekce / Modul 2
OpenMP kompilace
$ gfortran -O3 integral.f90 -o integral
$ ldd ./integral
linux-vdso.so.1 =>
libgfortran.so.3 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libgfortran.so.3
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
libquadmath.so.0 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libquadmath.so.0
libm.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
$ gfortran -O3 -fopenmp integral.f90 -o integral
$ ldd ./integral
linux-vdso.so.1 => (0x00007fff593ff000)
libgfortran.so.3 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libgfortran.so.3
libgomp.so.1 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libgomp.so.1
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
libquadmath.so.0 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libquadmath.so.0
libm.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6
librt.so.1 => /lib/x86_64-linux-gnu/librt.so.1
libpthread.so.0 => /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread.so.0
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
C2115 Praktický úvod do superpočítání -7-13. lekce / Modul 2
OpenMP spuštění
$ export OMP_NUM_THREADS=4
$ ./integral
Number of threads = 4
integral = 3.1415925965295672
počet vláken, které může aplikace
využít
Poznámka: pokud není proměnná OMP_NUM_THREADS nastavena, použije se maximální
počet dostupných CPU jader
(na klastru WOLF je však výchozí hodnota proměnné OMP_NUM_THREADS
explicitně nastavena na 1)
OpenMP a dávkový systém PBSPro:
➢ podle konfigurace může dávkový systém hodnotu proměnné OMP_NUM_THREADS
nastavit automaticky (dle hodnot ncpus a mpiprocs v definici bloku (chunk))
➢ hodnotu proměnné OMP_NUM_THREADS je možné nastavit explicitně:
export OMP_NUM_THREADS=$PBS_NCPUS
počet přidělených CPU, úloha musí
požadovat pouze jeden výpočetní uzel
C2115 Praktický úvod do superpočítání -8-13. lekce / Modul 2
Cvičení M2.1
1. Zkompilujte program integral.f90 s optimalizací -O3 a bez podpory OpenMP.
2. Určete dobu běhu aplikace potřebnou pro integraci. K měření doby použijte program
/usr/bin/time.
3. Zkompilujte program integral.f90 s optimalizací -O3 a zapnutou podporou OpenMP.
4. Určete počet CPU jader na vašem počítači (lscpu).
5. Spouštějte program postupně pro 1, 2, 3, až N vláken, kde N je maximální dostupný
počet CPU jader. Pro každé spuštění určete dobu běhu. Získaná data zapisujte do
následující tabulky a vyhodnoťte.
6. Ovlivňuje počet CPU jader výslednou hodnotu integrálu? Proč tomu tak je?
N Treal [s] Speedup
CPU effectivity
[%]
1 27.8 1.0 100.0
2 14.7 1.9 94.8
3 11.0 2.5 84.1
4 8.2 3.4 84.7
real
real
T
NT
Speedup
)1( =
= 100
N
Speedup
vityCPUeffecti =
naměřený čas
Zdrojové kódy:
/home/kulhanek/Documents/C2115/code/integral/openmp