在OpenMP中使用关键区域

Question

我有一个代码，我想使用OpenMP进行并行化。 该程序演示了一个执行多项式插值的函数。 首先，我想到在代码中的许多函数之一内并行化一个for循环。 这个的串行版本是这样的：

void polint (double xa[], double ya[], int n, double x, double *y, double *dy) {
    int i, m, ns=1;
    double den,dif,dift,ho,hp,w;
    double *c, *d;
    dif = fabs(x-xa[1]); c = vector(1,n);
    d = vector(1,n); for (i=1; i<= n; i++) { 
        dift = fabs (x - xa[i]); 
        if (dift<dif) {
            ns = i;
            dif = dift;
        }
        c[i] = ya[i];
        d[i] = ya[i]; 
    }
    *y = ya[ns--];
    for (m = 1; m < n; m++) { 
        for (i = 1; i<= n-m; i++) {
            ho = xa[i] - x;
            hp = xa[i+m] - x;
            w = c[i+1] - d[i]; den = ho - hp;
            den = w / den; d[i] = hp * den; c[i] = ho * den;
        }
    *y += (*dy=(2*ns < (n-m) ? c[ns+1] : d[ns--])); 
    }
    free_vector (d, 1, n); free_vector (c, 1, n); 
}

现在，使用OpenMP，我构建了这段代码：

void polint (double xa[], double ya[], int n, double x, double *y, double *dy) {
    int i, m, ns=1;
    double den,dif,dift,ho,hp,w;
    double *c, *d;
    int nth;
    dif = fabs(x-xa[1]); c = vector(1,n);
    d = vector(1,n); for (i=1; i<= n; i++) { 
        dift = fabs (x - xa[i]); 
        if (dift<dif) {
            ns = i;
            dif = dift;
        }
        c[i] = ya[i];
        d[i] = ya[i]; 
    }
    #pragma omp parallel
    {
    *y = ya[ns--];    
        nth = omp_get_num_threads();
        for (m = 1; m < n; m++) {
            #pragma omp for 
            for (i = 1; i<= n-m; i++) {
                #pragma omp critical 
                {
                    ho = xa[i] - x;
                    hp = xa[i+m] - x;
                    w = c[i+1] - d[i]; den = ho - hp;
                    den = w / den; d[i] = hp * den; c[i] = ho * den;
                }
            }
            #pragma omp critical
            *y += (*dy=(2*ns < (n-m) ? c[ns+1] : d[ns--])); 
        }
        free_vector (d, 1, n); free_vector (c, 1, n);
    } 
}

程序编译正确，但问题来自于我运行它。 我收到以下错误消息：

我怎么解决这个问题？ 我首先想到的是数组被超越，所以我添加了关键区域，以便许多进程不会同时访问数组。 但是，这并没有解决问题。 提前致谢！

Answer 1

除了产生你遇到的崩溃的c和d指针的明显释放之外，你的代码中还存在很多问题。 为了更好地指出它们，我用更合理的变量声明和正确的缩进重写了顺序函数。 这是它给我的东西：

void polint( double xa[], double ya[], int n, double x, double *y, double *dy ) {
    double *c = vector( 1, n );
    double *d = vector( 1, n );

    double dif = fabs( x - xa[1] );
    int ns = 1;
    for ( int i = 1; i <= n; i++ ) { 
        double dift = fabs( x - xa[i] ); 
        if ( dift < dif ) {
            ns = i;
            dif = dift;
        }
        c[i] = ya[i];
        d[i] = ya[i]; 
    }

    *y = ya[ns--];
    for ( int m = 1; m < n; m++ ) { 
        for ( int i = 1; i <= n - m; i++ ) {
            double ho = xa[i] - x;
            double hp = xa[i + m] - x;
            double den = ( c[i + 1] - d[i] ) / ( ho - hp );
            d[i] = hp * den;
            c[i] = ho * den;
        }
        *dy = 2 * ns < ( n - m ) ? c[ns + 1] : d[ns--];
        *y += *dy; 
    }

    free_vector( d, 1, n );
    free_vector( c, 1, n ); 
}

现在，阅读代码变得更简单（虽然它仍然很混乱）并且一些问题变得明显：

• 您是否声明您的数组从1到n而不是0到n-1索引？ 如果是这样，这是不寻常的（并且容易出错）。 如果没有，你的循环可能会有一些问题（第一个i循环显着）。
• 在m循环的每次迭代中都重写了dy的值。 知道这是一个输出参数，这意味着它的最终值只是与m的最后一个值相对应的值。 这不是一个问题，但它看起来很可疑......你确定它是正确的吗？
• 现在，关于可能的并行化，我们可以从den的定义和c的后续更新看出c[i]取决于c[i+1] 。 从并行化的角度来看，这是一个大问题。 这意味着现在编写代码的方式，它无法并行化。 这并没有完全关闭并行化的大门，但这只是意味着还有更多的工作要做，而不仅仅是使用一些OpenMP指令来获取它。

现在，除了这些问题之外，如果我们看一下您的并行化版本，还有很多其他问题：

• 已经提到过，并行区域内的向量的释放：它应该被移到外面。
• 非常大的问题，你没有声明应该是private的数据：至少， m ， ho ， hp ， w和den应该声明为private 。 此外，我强烈怀疑*y应该声明reduction(+)并且*dy应该声明为lastprivate （尽管正确地执行该操作需要更精细的调整）。
• 为了弥补private声明的缺失，您将并行循环的整个主体包含在critical区域中，基本上将其重新序列化。 不幸的是，它既是超感染又是错误的，因为正如我们所看到的，迭代的顺序很重要，而这并不能保留它......

总而言之，我强烈建议你做一些事情：

1. 这非常重要，对代码进行去混淆和清理：正确缩进，为变量赋予有意义的名称，每行保留一个语句，尽可能在代码中声明变量并立即初始化它们。或两个明智的评论在这里和那里可以派上用场。
2. 打破c的i依赖性。 这可以通过保留它的两个副本（一个对应于m循环的前一次迭代中的值，一个对应于其当前值）来完成。
3. 添加OpenMP指令时，请注意将变量正确声明为private等。 好消息是，如果你按照我的建议做了并尽可能地推迟了他们的声明，那么你很可能很少需要照顾，因为大多数声明都在parallel区域内，因此相应的变量会自动private应该。

有了这个，您应该能够获得正确且（希望）有效的代码并行版本。