Часто в цикле накапливается значение некоторой переменной, перед циклом эта переменная инициализируется, а на каждой итерации к ней добавляется некоторое значение или умножается на некоторое значение. Эта переменная должна быть объявлена вне цикла, а значит, будет общей. В таком случае возможны ошибки при параллельном выполнении:
var a: integer:=0;
{$omp parallel for}
for var i:integer:=1 to 100 do
a := a+1;
Два потока могут считать старое значение, затем первый поток прибавит единицу и запишет в переменную a, затем второй поток прибавит единицу к старому значению и запишет результат в переменную a. При этом изменения, сделанные первым потоком, будут потеряны. Правильная работа программы возможна при некоторых запусках, но возможны и ошибки.
Опция reduction позволяет обеспечить правильное накопление результата:
{$omp parallel for reduction(действие : список переменных)}
При этом все переменные из списка будут объявлены частными, таким образом, разные потоки будут работать со своими экземплярами переменных. Эти экземпляры будут инициализированы в зависимости от действия, а в конце цикла новое значение переменной будет получено из значения этой переменной до цикла и всех частных копий применением действия из опции.
var a: integer := 1;
{$omp parallel for reduction(+:a)}
for var i: integer:=1 to 2 do
a := a+1;
Здесь начальное значение переменной a – единица, для действия + локальные копии будут инициализированы нулями, будет выполнено две итерации и у каждого потока локальная копия переменной a примет значение 1. После завершения цикла к начальному значению (1) будут прибавлены обе локальные копии, и результирующее значение переменной a будет равно 3, так же как и при последовательном выполнении.
В таблице приведены допустимые операторы редукции и значения, которыми инициализируются локальные копии переменной редукции:
|
Оператор раздела reduction |
Инициализированное значение |
|
+ |
0 |
|
* |
1 |
|
- |
0 |
|
and (побитовый) |
~0 (каждый бит установлен) |
|
or (побитовый) |
0 |
|
xor (побитовый) |
0 |
|
and (логический) |
true |
|
or (логический) |
false |
Параллельные секции и директива parallel sections
Директива parallel sections обеспечивает параллельное выполнение нескольких операторов, простых или составных.
{$omp parallel sections}
begin
секция 1;
секция 2;
...;
end;
Каждый оператор в блоке begin ... end, следующем за директивой является отдельной секцией.
{$omp parallel sections}
begin
оператор 1;
оператор 2;
begin
оператор 3;
оператор 4;
оператор 5;
end;
end;
Здесь описаны три параллельные секции, первая – оператор 1, вторая – оператор 2 и третья – блок begin ... end, состоящий из операторов 3-5.
Все переменные, описанные вне параллельных секций, будут разделяемыми, то есть, если в секциях есть обращение к таким переменным, то потоки, выполняющие эти секции, будут обращаться к одной и той же ячейке памяти. Все переменные, объявленные внутри секции, будут доступны только в той секции, в которой они объявлены.
Корректная работа параллельных секций возможна, только если секции независимы друг от друга – если они могут выполняться в любом порядке, не обращаются к одним и тем же переменным и не изменяют их.
Синхронизация и директива critical
Директива critical исключает параллельное выполнение следующего за ней оператора.
{$omp critical имя}
оператор;
Этот оператор образует критическую секцию – участок кода, который не может выполняться одновременно несколькими потоками.
Только критические секции с одинаковыми именами не могут выполняться одновременно. Если один поток уже выполняет критическую секцию, а второй пытается войти в секцию с таким же именем, он будет заблокирован до тех пор, пока первый поток не выйдет за пределы критической секции.
Критические секции можно использовать при обращении к общим переменным, чтобы избежать потерь данных.
var a:integer:=0;
{$omp parallel for}
for var i:integer:=1 to 100 do
{$omp critical}
a:=a+1;
Здесь критическую секцию можно использовать вместо редукции. Весь оператор a:=a+1 выполнится одним потоком и только потом – другим. Однако использование критических секций обычно снижает эффективность за счет последовательного выполнения этих участков. В этом примере все тело цикла является критической секцией, поэтому весь цикл будет выполнен последовательно.
Но не во всех случаях использование критических секций помогает обеспечить корректную работу параллельных конструкций.
var a:integer := 0;
{$omp parallel sections}
begin
{$omp critical}
a:=1;
{$omp critical}
a:=a+1;
end;
Значение переменной a зависит от того, в каком порядке выполнятся секции. Если первая секция выполнится раньше, значение a будет равно двум, иначе – единице.
При использовании критических секций возможно возникновение взаимоблокировок. Например, первый поток выполняет код, содержащий критическую секцию A, внутри которой есть критическая секция B. Второй поток выполняет код, содержащий критическую секцию B, внутри которой есть критическая секция A. Возможен такой порядок выполнения: первый поток входит в секцию А и не успевает войти в секцию В. Второй поток входит в секцию В и не может войти в секцию А, так как эта секция уже выполняется другим потоком. Первый поток не может продолжить выполнение, так как секция В уже выполняется другим потоком. Оба потока оказываются заблокированными.
Стандартные модули
Модуль GraphABC
Модуль GraphABC представляет собой простую графическую библиотеку и предназначен для создания несобытийных графических и анимационных программ в процедурном и частично в объектном стиле. Рисование осуществляется в специальном графическом окне, возможность рисования в нескольких окнах отсутствует. Кроме этого, в модуле GraphABC определены простейшие события мыши и клавиатуры, позволяющие создавать элементарные событийные приложения. Основная сфера использования модуля GraphABC - обучение.
Модуль GraphABC основан на графической библиотеке GDI+, но запоминает текущие перо, кисть и шрифт, что позволяет не передавать их в качестве параметров при вызове графических примитивов. К свойствам пера, кисти и шрифта можно получать доступ как в процедурном, так и в объектном стиле. Например, для доступа к цвету текущего пера используется процедура SetPenColor(c) и функция PenColor, а также свойство Pen.Color.
В модуле GraphABC можно управлять самим графическим окном и компонентом GraphABCControl, на котором осуществляется рисование. По умолчанию компонент GraphABCControl занимает всю клиентскую часть графического окна, однако, на графическое окно можно добавить элементы управления, уменьшив область, занимаемую графическим компонентом (например, так сделано в модулях Robot и Drawman).