OpenMP: fünf Bedingungen für parallele Schleifen

Das Thema OpenMP steht bei vielen Lesern dieses Blogs hoch im Kurs. Das liegt zum einen an der Parallel-Computing-Seite von MSDN, auf der ein entsprechender Beitrag lange verlinkt war. Zum anderen findet Google meine OpenMP-Bemühungen wohl ganz nett, zumindest steht besagter Artikel im deutschsprachigen Index auf dem fünften Platz.

Daher starten wir heute mit einer Serie, die sich mit kleineren und größeren Aspekten der OpenMP-basierten Programmierung beschäftigt. Also mit solchen Fragen wie:

• Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit OpenMP-basierende Schleifen überhaupt in parallelen Threads ausgeführt werden können?
• Welche Dinge sind zu beachten, damit eine Schleife ordnungsgemäß in mehrere Threads aufgeteilt werden kann?
• Wie lässt sich möglicher Threading-Overhead vermeiden?
• Wie kann man das Optimum aus OpenMP herausholen?
• Wie lassen sich sinnvoll OpenMP-Bibliotheksfunktionen und -Umgebungsvariablen einsetzen?
• Wie geschieht das Kompilieren und Debuggen mithilfe von OpenMP?
• Wovon hängt eine maximale Multithread-Leistung auf OpenMP-Basis ab?

Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit OpenMP-basierende Schleifen überhaupt in parallelen Threads ausgeführt werden können?

1. In der Version 2.5 müssen Schleifenvariablen vom Typ vorzeichenbehafteter Integer sein. Mit der OpenMP-Spezifikation 3.0 ist diese Beschränkung weggefallen.

2. Die Vergleichsoperation muss in der Form loop_variable <, <= oder >= loop_invariant_integer sein.

3. Der Inkrementteil (z.B. i++) der for-Schleife muss additiv oder substraktiv sein, und zwar mit einem schleifeninvarianten Wert.

4. Ist die Vergleichsoperation vom Typ < oder <=, muss die die Schleifenvariable bei jeder Iteration erhöht werden. Umgekehrt muss die Variable dekrementiert werden (also bei > oder >=).

5. Die Schleife muss zwingend einen Eintritt und einen Austritt haben. Daher sind nicht erlaubt: Sprünge aus der Schleife heraus bzw. von außen in die Schleife hinein. Das gilt beispielsweise für goto- oder break-Anweisungen oder für Ausnahmebehandlungen. Eine Ausnahme dieser Regel stellt die exit-Anweisung dar, die die komplette Anwendung beendet.

Diese Bedingungen müssen aus Kompilierungsgründen eingehalten werden. Andernfalls kann keine automatische Parallelisierung erfolgen.