OpenMP和Pthread比较

pthread在程序启动时创建一束线程，将工作分配到线程上。然而，这种方法需要相当多的线程指定代码，而且不能保证能够随着可用处理器的数量而合理地进行扩充。

OpenMP，不需要指定数量,在有循环的地方加上代码，修改设置文件极客。OpenMP 非常方便，因为它不会将软件锁定在事先设定的线程数量中，但是相对的查错更难也更麻烦。

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首先mpi是基于分布式内存系统，而openmp和pthread基于共享内存系统；

也就是说mpi之间的数据共享需要通过消息传递，因为mpi同步的程序属于不同的进程，甚至不同的主机上的不同进程。相反由于openmp和pthread共享内存，不同线程之间的数据就无须传递，直接传送指针就行。

同时mpi不同主机之间的进程协调工作需要安装mpi软件（例如mpich）来完成。

在openmp和pthread之间的区别主要在编译的方式上，openmp的编译需要添加编译器预处理指令#pragma，创建线程等后续工作要编译器来完成。

而pthread就是一个库，所有的并行线程创建都需要我们自己完成，较openmp麻烦一点

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前两天看了些并行计算的文章，了解了一些并行计算的方法和原理。然后发现多线程实现里面还有个openMP，这个以前从来没见过（火星了），之前只是知道pthread线程库和微软也实现了一套线程。又看了看openMP的一些教程才知道它是怎么回事。

　　pthread全称应该是POSIX THREAD，顾名思义这个肯定是按照POSIX对线程的标准而设计的。目前我所知道的有两个版本：Linux Thread（较早）和NPTL（主流？）。pthread库是一套关于线程的API，提供“遵循”（各平台实现各异）POSIX标准的线程相关的功能。

　　openMP不同于pthread的地方是，它是根植于编译器的（也要包含头文件omp.h），而不是在各系统平台是做文章。它貌似更偏向于将原来串行化的程序，通过加入一些适当的编译器指令（compiler directive）变成并行执行，从而提高代码运行的速率。如：

1 #include<omp.h> 2 #include<stdio.h> 3 4 #define ARRAY_SIZE 1000 5 #define CHUNK_SIZE 100 6 7 int main() 8 { 9 int array[ARRAY_SIZE]; 10 int thread_num = ARRAY_SIZE/CHUNK_SIZE+1; 11 omp_set_num_threads(thread_num); 12 13 //init array 14 int i; 15 for(i=0;i<ARRAY_SIZE;i++) 16 { 17 array[i]=i; 18 } 19 20 #pragma omp parallel for schedule(guided,CHUNK_SIZE) private(i) 21 for(i=0;i<ARRAY_SIZE;i++) 22 { 23 int n = array[i]; 24 int num_of_one=0; 25 if(n!=0) 26 { 27 num_of_one++; 28 while((n=n&(n-1))!=0) 29 { 30 num_of_one++; 31 } 32 } 33 array[i]=num_of_one; 34 35 } 36 for(i=0;i<ARRAY_SIZE;i++) 37 { 38 printf("%d ",array[i]); 39 } 40 printf("\n"); 41 return 0; 42 43 } 44 45

　　上面一段代码是通过加了一条函数调用（11行）和一条编译器指令（20行），从而将原来的循环分给多个线程来做。（本程序是计算0~ArraySize-1的每个数中二进制包含1个数）。

　　而对于一开始就打算用并行方法来实现的程序，用pthread应该是更方便和更清晰。

下面是分别用pthread和openMP实现的worker_and_consumer:

pthread版：

1 #include<unistd.h> 2 #include<pthread.h> 3 #include<stdio.h> 4 #include<stdlib.h> 5 6 #define SIZE 100 7 #define THREAD_NUM_WORKER 15 8 #define THREAD_NUM_CONSUMER 10 9 #define SLEEP_WORKERS 2 10 #define SLEEP_CONSUMERS 1 11 12 int warehouse[SIZE]; 13 int at =-1; 14 int is_end =0; 15 pthread_mutex_t space = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 16 pthread_mutex_t end = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 17 18 void* consumer_func(void*); 19 void* worker_func(void*); 20 21 int main() 22 { 23 pthread_t workers[THREAD_NUM_WORKER]; 24 pthread_t consumers[THREAD_NUM_CONSUMER]; 25 int i,j; 26 int n; 27 for(i=0;i<THREAD_NUM_WORKER;i++) 28 pthread_create(&workers[i],NULL,worker_func,NULL); 29 for(j=0;j<THREAD_NUM_CONSUMER;j++) 30 pthread_create(&consumers[j],NULL,consumer_func,NULL); 31 while(is_end==0) 32 { 33 scanf("%d",&n); 34 if(n==0) 35 { 36 pthread_mutex_lock(&end); 37 is_end=1; 38 pthread_mutex_unlock(&end); 39 } 40 } 41 for(i=0;i<THREAD_NUM_WORKER;i++) 42 pthread_join(workers[i],NULL); 43 for(j=0;j<THREAD_NUM_CONSUMER;j++) 44 pthread_join(consumers[j],NULL); 45 return 0; 46 } 47 48 void* worker_func(void* var) 49 { 50 while(1) 51 { 52 if(is_end) 53 break; 54 //保护at变量 55 pthread_mutex_lock(&space); 56 if(SIZE-at-1>0) 57 { 58 printf("Make %d by worker %lld ",warehouse[++at]=rand(),pthread_self()); 59 printf("and at is %d\n",at); 60 } 61 pthread_mutex_unlock(&space); 62 sleep(SLEEP_WORKERS); 63 } 64 return NULL; 65 } 66 67 68 void* consumer_func(void* var) 69 { 70 while(1) 71 { 72 if(is_end) 73 break; 74 pthread_mutex_lock(&space); 75 if(at>=0) 76 { 77 printf("Got %d by consumer %lld\n",warehouse[at--],pthread_self()); 78 printf("and at is %d\n",at); 79 } 80 pthread_mutex_unlock(&space); 81 sleep(SLEEP_CONSUMERS); 82 } 83 return NULL; 84 } 85 86 87 88

openMP版：

1 #include<unistd.h> 2 #include<stdio.h> 3 #include<stdlib.h> 4 #include<omp.h> 5 6 7 #define SIZE 100 8 #define THREAD_NUM_WORKER 15 9 #define THREAD_NUM_CONSUMER 10 10 #define SLEEP_WORKERS 2 11 #define SLEEP_CONSUMERS 1 12 13 int warehouse[SIZE]; 14 int at =-1; 15 int is_end =0; 16 17 void start_workers() 18 { 19 omp_set_num_threads(THREAD_NUM_WORKER); 20 #pragma omp parallel default(shared) 21 { 22 if(omp_get_thread_num()==0) 23 printf("worker num is %d\n",omp_get_num_threads()); 24 while(1) 25 { 26 if(is_end) 27 break; 28 //保护at变量 29 #pragma omp critical(space) 30 { 31 if(SIZE-at-1>0) 32 { 33 printf("Make %d by worker %d ",warehouse[++at]=rand(),omp_get_thread_num()); 34 printf("and at is %d\n",at); 35 } 36 } 37 sleep(SLEEP_WORKERS); 38 } 39 } 40 } 41 42 43 void start_consumers(void) 44 { 45 omp_set_num_threads(THREAD_NUM_CONSUMER); 46 #pragma omp parallel default(shared) 47 { 48 if(omp_get_thread_num()==0) 49 printf("consumer num is %d\n",omp_get_num_threads()); 50 while(1) 51 { 52 if(is_end) 53 break; 54 #pragma omp critical(space) 55 { 56 if(at>=0) 57 { 58 printf("Got %d by consumer %d\n",warehouse[at--],omp_get_thread_num()); 59 printf("and at is %d\n",at); 60 } 61 } 62 sleep(SLEEP_CONSUMERS); 63 } 64 } 65 } 66 67 int main() 68 { 69 omp_set_dynamic(0); 70 omp_set_nested(1);//这个不设置的话，就不能嵌套fork子线程咯 71 //先设置3个线程，每个线程完成一个section 72 omp_set_num_threads(3); 73 #pragma omp parallel sections 74 { 75 #pragma omp section 76 { 77 start_workers(); 78 } 79 #pragma omp section 80 { 81 start_consumers(); 82 } 83 #pragma omp section 84 { 85 int in; 86 scanf("%d",&in); 87 if(!in) 88 { 89 //保护is_end 90 #pragma omg critical(end) 91 is_end =1; 92 } 93 } 94 } 95 return 0; 96 } 97 98 99

　　最后说一下，用openMP，编译时要加上选项-fopenmp，编译pthread时加上链接-lpthread。另外openMP有个缺点是若是代码中编译指令出错时，找错还是挺麻烦的，就像昨晚我把#pragma omp parallel写成了#pragma omg parallel，结果编译链接通过后却始终只有一个线程（主线程），找了好久...囧！

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