Apresentação final do Trabalho de Conclusão de Curso focado em Computação Paralela por memória compartilhada utilizando a bliblioteca OpenMP para paralelização de aplicações matemáticas

1. Faculdade de Tecnologia
Trabalho de Graduação Interdisciplinar
Utilização da Biblioteca OpenMP para a
Paralelização de Aplicações Matemáticas
Universidade Estadual de Campinas, Julho de 2009

2. Alunos:
Adriano da Silva Ferreira
Bruno dos Santos Hecht
Orientadora:
Profª. Dra. Marli de Freitas Gomes Hernandez
Co-orientador:
M.Sc. Igor José Ferreira de Freitas
Universidade Estadual de Campinas, Julho de 2009

3. Roteiro
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Motivação
Objetivo
OpenMP
Contexto OpenMP
Ambiente de testes
Resultados
Apresentação prática
Conclusões
Adriano da Silva Ferreira

4. Motivação
Investigar ganhos em desempenho computacional
através da paralelização de aplicações e
utilização eficiente dos recursos de multiprocessamento.
Adriano da Silva Ferreira

5. Objetivo
Utilizar-se da API OpenMP e ferramentas
associadas visando a otimização de
rendimento em códigos paralelizados.
Adriano da Silva Ferreira

6. OpenMP

O que é a API OpenMP
 Interface para desenvolvimento de aplicaçãoes
paralelizadas em ambientes multithreading e de memória
compartilhada;
 Versão Atual do OpenMP: 3.0;
 O OpenMP está contido em uma das abordagens do
Paralelismo Computacional;
Adriano da Silva Ferreira

7. OpenMP

Funcionamento da interface :
 Aplicabilidade para as Linguagens C/C++ e Fortran;
 Baseado em diretivas de compilação (compilador OpenMP);
 Sintaxe para o C/C++:
#pragma omp nome da diretiva [cláusula[[,] cláusula]...] /
nova linha
Adriano da Silva Ferreira

8. OpenMP
 Extensão à linguagem de programação;
 Delimita uma região paralelizável:
#pragma omp parallel for default(none) private(i)
for (int i = 0; i <= tamanho_vetor; i++) // início da região
{
vetor[i] = i + vetor[i * i];
}
// fim da região
Adriano da Silva Ferreira

9. OpenMP
• Abrangência do OpenMP:
Adriano da Silva Ferreira

10. Contexto OpenMP
• Sistema MultiThreading;
 Threads:
entidade capaz de executar independentemente um fluxo de
dados de uma instrução;
 Sistema Multithreading remete à muitas threads;
Adriano da Silva Ferreira

11. Contexto OpenMP
 Mecanismo multithreading implementado pelo OpenMP:

12. Contexto OpenMP

Mecanismo multithreading implementado pelo OpenMP:
 O trabalho será divido entre as Threads;
 Sincronização entre Threads:
 Dados compartilhados
 Dados privados
 Geração do montante de trabalho final;
Adriano da Silva Ferreira

13. Contexto OpenMP

Contexto de Hardware do OpenMP;
 Taxonomia de Flynn;
 Arquitetura MIMD (Multiple Instrucition, Multiple Data);
 Clusters, NUMA, SMP: especificações da arquitetura;
Adriano da Silva Ferreira

14. Contexto OpenMP

Contexto de Hardware do OpenMP:
Adriano da Silva Ferreira

15. Contexto OpenMP

Arquitetura SMP – Processadores Simétricos




Processadores com mesma distância à memória;
Idênticos na arquitetura;
Cache privada (dados privados);
TLB em sistemas de memória virtual;
Adriano da Silva Ferreira

16. Contexto OpenMP

Arquitetura SMP – Processadores Simétricos / Dual Core Genérico:
Adriano da Silva Ferreira

17. Ambiente de testes
• Arquitetura 64bits;
• Vantagens de se utilizar Sistema Operacional
Linux;
Bruno dos Santos Hecht

18. Ambiente de testes
• Compildor GCC;
• Ajustes e ferramentas de apoio;
Bruno dos Santos Hecht

19. Ambiente de testes
...
#pragma omp shared for
for (K=1; K<N; K++) {
for (I=K+1; I<=N; I++) {
#pragma omp critical(B)
B[I] -= A[I][K] / A[K][K] * B[K];
for (J=K+1; J<=N; J++)
#pragma omp critical(A)
A[I][J] -= A[I][K] / A[K][K] * A[K][J];
}
...
Bruno dos Santos Hecht

20. Ambiente de testes
...
#pragma omp parallel for shared(MATRIX_DIM, a, x, /
last_iteration, b) private(i, j) reduction(+:sigma1)
for (i = 0; i < MATRIX_DIM; i++)
{
...
Bruno dos Santos Hecht

21. Ambiente de testes
...
#pragma omp atomic
iteration++;
...
Bruno dos Santos Hecht

22. Resultados
Comparativo de desempenho
(arquitetura 1)
200
180
175.4
160
155.94
tempo (s)
140
146.9
120
116.54
Sequencial
100
Paralelo
80
60
40
20
6.43
3.66
0
Transformação Linear
Matriz
Bruno dos Santos Hecht
Jacobi e Gauss-Seidel

23. Resultados
Comparativo de desempenho
(arquitetura 2)
180
160
158.6
140
tempo (s)
140.04
131.44
120
124.5
100
Sequencial
80
Paralelo
60
40
20
5.73
3.55
0
Transformação Linear
Matriz
Bruno dos Santos Hecht
Jacobi e Gauss-Seidel

24. Apresentação prática
Bruno dos Santos Hecht

25. Conclusões
• Resultados satisfatórios;
• Aplicação abrangente;
• Abertura para trabalhos futuros.