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連続系アルゴリズム演習 第2回 OpenMPによる課題
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スレッドモデル プロセス 各スレッドはそれぞれ 独立に実行される ただし、共有変数のみ どのスレッドからも アクセス可能 共有変数
スレッド0 スレッド1 スレッド2 変数 変数 変数 最近のプログラミング言語は、 言語レベルで スレッドを実装している
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なぜスレッドか プロセスの立ち上げはコストがかかる プロセス間通信はめんどくさい Linuxだとfork();
WindowsだとCreateProcess(); メモリ領域を割り当てて、コピーして、プロセスIDを割り当てて....etc. プロセス間通信はめんどくさい スレッドだと共有変数を使えばOK 別の手法 pipe socket (MPI)
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OpenMPの目的 プロセス スレッドごとに CPUを割り当てる 共有変数 CPUの作業分割を プログラマができる！ CPU1 CPU2
プロセッサを割り当てる 機構はない (スレッドを作るだけ) スレッドを<pthread.h>よりは書きやすく 環境によらずに言語実装としたのがOpenMP
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OpenMPの使い方1 #include <omp.h> int main(){ #pragma omp parallel {
printf("%d\n", omp_get_threads_num()); } omp.hをincludeする この部分が並列化 omp.hで定義されてる関数
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OpenMPの使い方2 プロセス #include <omp.h> int main(){ int common_var;
#pragma omp parallel { int k; } int common_var; スレッド0 スレッド1 スレッド2 int k; int k; int k; 定義する場所で共有変数か スレッド私有変数かが決まる
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OpnMPの使い方3 各スレッドで同期を取る必要性 #pragma omp barrier MPIの場合と同じ 全てのスレッドが揃うまで待つ
デバッグをするのにも必須
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OpenMPの使い方4 共有変数の書き換え いつ書き変わるか分からない 必ず書き換えるには あんまり共有変数を使うのはよろしくない
#pragma omp parallelの最初と終わり #pragma omp forの最後 #pragma omp flush #pragma omp barrier などなど あんまり共有変数を使うのはよろしくない 読んでもいいが、書き換えはまずい 読む場合も、同時に読もうとすると片方が待つ
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OpenMPの使い方5 Lock機構がある これもOSでやったはず omp_lock_tという型の変数を共有変数で作る
int main(){ omp_lock_t lock; omp_init_lock(&lock); int k = 0; #pragma omp parallel { omp_set_lock(&lock); k++; printf("%d\n", k); omp_unset_lock(&lock); } Lock変数の宣言と初期化 この間は 排他的に処理される =速くはならない
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OpenMPの使い方6 #pragma omp parallel for schedule(option) ループ処理で最適化する手法
static, dynamic, guided, runtime... 自分で調べてみてください #pragma omp parallel for schedule(dynamic) for(i = 0; i < 100; i++){ function(i); } 余っているプロセッサが順次投入される
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その他 もう少し細かいいろいろなことは、須田先生の解説を読むこと Web上にはほかにも資料がある OpenMPの書籍はあんまりない
これ以外のプラグマが高速化などには必要かも Web上にはほかにも資料がある OpenMPで検索してくださいな OpenMPの書籍はあんまりない ギリギリ石川先生の本があったりする 後はFortranとか
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課題 OpenMPを用いてN-queens問題を解くプログラムを実装せよ nの値を変えて時間を測定すること
n×nの升目の場合に、解の個数を調べる 事前に準備とかしないこと！ それぞれの解を出力する必要は特にない nの値を変えて時間を測定すること そんなにたくさんのnを使う必要は別にない 適度に時間のかかる3つくらいの値を使えば良い p(スレッド数)を変えて時間を測定すること 並列化効率などの考察をすること(一番重要)
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N-Queens Problem チェスのQueenを配置する Queen同士が攻撃できない配置にする
将棋で言うところの飛車+角 Queen同士が攻撃できない配置にする n×nの升目に、n個のQueenを配置する 何通りの配置がありうるか
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N-Queens Problem 置ける場所 が減る 左上に置く 右から2番目 上から2番目に置く 4×4の升目に、 3つしか置けなかった
失敗
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N-Queens Problem n=4の時の解 n=5の時 10種類 n=6の時 or 4種類 n=7の時 2種類 40種類
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解のリスト n solution 1 2 3 4 5 10 6 7 40 8 92 9 352 724 11 2680 n solution
3 4 5 10 6 7 40 8 92 9 352 724 11 2680 n solution 12 14200 13 73712 14 365596 15 16 17 18 19 20 21 22
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参考 めちゃくちゃ遅いプログラムを置いておくので、それを使っても良い Webにもいくつか転がっているので参考にしても良い
ただし、ちゃんとプロセッサを複数使って速くすること 自分で書いた方が普通は速くなる O(n!)で作ってある Webにもいくつか転がっているので参考にしても良い OpenMPを使って実装してあるものはダメ レポートにはそのことを明記すること 盗作はやめて
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高速化のためのヒント 1プロセッサでの高速化 並列性能を上げる 盤面の対称性を利用する bit演算にする 関数呼び出しをloopにする
通信はあんまりさせない 終わったプロセッサには次の仕事を与える 最初からどのプロセッサがどの作業をするかを確定させない 動的に作業割り当てをする (Bounded Buffer) omp for
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