OPENMP SECTIONS CONSTRUCT原理示例解析
作者：一无是处的研究僧
前言
在本篇文章当中主要给大家介绍 OpenMP 当中主要给大家介绍 OpenMP 当中 sections construct 的实现原理以及他调用的动态库函数分析。如果已经了解过了前面的关于 for 的调度方式的分析，本篇文章就非常简单了。
编译器角度分析
在这一小节当中我们将从编译器角度去分析编译器会怎么处理 sections construct ，我们以下面的 sections construct 为例子，看看编译器是如何处理 sections construct 的。
#pragma omp sections
{
#pragma omp section
stmt1;
#pragma omp section
stmt2;
#pragma omp section
stmt3;
}
上面的代码会被编译器转换成下面的形式，其中 GOMP_sections_start 和 GOMP_sections_next 是并发安全的，他们都会返回一个数据表示第几个 omp section 代码块，其中 GOMP_sections_start 的参数是表示有几个 omp section 代码块，并且返回给线程一个整数表示线程需要执行第几个 section 代码块，这两个函数的意义不同的是在 GOMP_sections_start 当中会进行一些数据的初始化操作。当两个函数返回 0 的时候表示所有的 section 都被执行完了，从而退出 for 循环。
for (i = GOMP_sections_start (3); i != 0; i = GOMP_sections_next ())
switch (i)
{
case 1:
stmt1;
break;
case 2:
stmt2;
break;
case 3:
stmt3;
break;
}
GOMP_barrier ();
动态库函数分析
事实上在函数 GOMP_sections_start 和函数 GOMP_sections_next 当中调用的都是我们之前分析过的函数 gomp_iter_dynamic_next ，这个函数实际上就是让线程始终原子指令去竞争数据块（chunk），这个特点和 sections 需要完成的语意是相同的，只不过 sections 的块大小（chunk size）都是等于 1 的，因为一个线程一次只能够执行一个 section 代码块。
unsigned
GOMP_sections_start (unsigned count)
{
// 参数 count 的含义就是表示一共有多少个 section 代码块
// 得到当线程的相关数据
struct gomp_thread *thr = gomp_thread ();
long s, e, ret;
// 进行数据的初始化操作
// 将数据的 chunk size 设置等于 1
// 分割 chunk size 的起始位置设置成 1 因为根据上面的代码分析 0 表示退出循环 因此不能够使用 0 作为分割的起始位置
if (gomp_work_share_start (false))
{
// 这里传入 count 作为参数的原因是需要设置 chunk 分配的最终位置 具体的源代码在下方
gomp_sections_init (thr->ts.work_share, count);
gomp_work_share_init_done ();
}
// 如果获取到一个 section 的执行权 gomp_iter_dynamic_next 返回 true 否则返回 false
// s 和 e 分别表示 chunk 的起始位置和终止位置 但是在 sections 当中需要注意的是所有的 chunk size 都等于 1
// 这也很容易理解一次执行一个 section 代码块
if (gomp_iter_dynamic_next (&s, &e))
ret = s;
else
ret = 0;
return ret;
}
// 下面是部分 gomp_sections_init 的代码
static inline void
gomp_sections_init (struct gomp_work_share *ws, unsigned count)
{
ws->sched = GFS_DYNAMIC;
ws->chunk_size = 1; // 设置 chunk size 等于 1
ws->end = count + 1L; // 因为一共有 count 个 section 块
ws->incr = 1; // 每次增长一个
ws->next = 1; // 从 1 开始进行 chunk size 的分配 因为 0 表示退出循环（编译器角度分析）
}
unsigned
GOMP_sections_next (void)
{
// 这个函数就比较容易理解了 就是获取一个 chunk 拿到对应的 section 的执行权
long s, e, ret;
if (gomp_iter_dynamic_next (&s, &e))
ret = s;
else
ret = 0;
return ret;
}
// 下面的函数在之前的很多文章当中都分析过了 这里不再进行分析
// 下面的函数的主要过程就是使用 CAS 指令不断的进行尝试，直到获取成功或者全部获取完成 没有 chunk 需要分配
bool
gomp_iter_dynamic_next (long *pstart, long *pend)
{
struct gomp_thread *thr = gomp_thread ();
struct gomp_work_share *ws = thr->ts.work_share;
long start, end, nend, chunk, incr;
end = ws->end;
incr = ws->incr;
chunk = ws->chunk_size;
if (__builtin_expect (ws->mode, 1))
{
long tmp = __sync_fetch_and_add (&ws->next, chunk);
if (incr > 0)
{
if (tmp >= end)
return false;
nend = tmp + chunk;
if (nend > end)
nend = end;
*pstart = tmp;
*pend = nend;
return true;
}
else
{
if (tmp <= end)
return false;
nend = tmp + chunk;
if (nend < end)
nend = end;
*pstart = tmp;
*pend = nend;
return true;
}
}
start = ws->next;
while (1)
{
long left = end - start;
long tmp;
if (start == end)
return false;
if (incr < 0)
{
if (chunk < left)
chunk = left;
}
else
{
if (chunk > left)
chunk = left;
}
nend = start + chunk;
tmp = __sync_val_compare_and_swap (&ws->next, start, nend);
if (__builtin_expect (tmp == start, 1))
break;
start = tmp;
}
*pstart = start;
*pend = nend;
return true;
}
总结
在本篇文章当中主要介绍了 OpenMP 当中 sections 的实现原理和相关的动态库函数分析，关于 sections 重点在编译器会如何对 sections 的编译指导语句进行处理的，动态库函数和 for 循环的动态调度方式是一样的，只不过 chunk size 设置成 1，分块的起始位置等于 1，分块的最终值是 section 代码块的个数，最终在动态调度的方式使用 CAS 不断获取 section 的执行权，指导所有的 section 被执行完成。
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