可以在并行区域中创建共享二维数组的选择元素的线程本地副本吗？ （共享、私有、屏障：OPenMP）

Question

我有一个由nxn 元素组成的二维网格。在一次迭代中，我通过平均其邻居的值来计算一个元素的值。那就是：

    for(int i=0;i<n;i++)
        for(int j=0;j<n;j++)
            grid[i][j] = (grid[i-1][j] + grid[i][j-1] + grid[i+1][j] + grid[i][j+1])/4.0;

我需要为iter 的迭代次数运行上述嵌套循环。 我需要的是以下内容：

1. 我需要线程来计算这个平均值，等到所有线程都完成计算，然后一次性更新网格。
2. 具有iter 迭代的循环将按顺序运行，但在每次迭代期间，每个i 和j 的grid[i][j] 值应并行计算。

为此，我有以下想法和问题：

1. 也许使网格 共享 并通过仅将这 4 个元素 私有 复制到线。 （基本上网格由所有线程共享，但每个线程中也有 4 个 iteration-specific 元素的本地副本。）这可能吗？强>
2. 实际上是否需要 barrier 才能让所有线程完成并开始下一次迭代？

我对 OpenMP 的思维方式非常陌生，我完全迷失在这个简单的问题中。如果有人能帮助解决我的困惑，我将不胜感激。

Answer 1

1. 在实践中，您希望线程数比网格点少（多），因此每个线程将计算一大堆点（例如，一行）。启动 OpenMP（或任何其他类型的）线程会产生一定的开销，而且您的程序将受内存限制，而不是受 CPU 限制。因此，每个网格点启动一个线程将破坏并行计算的整个目的。因此，不推荐您的想法 #1（虽然我不太确定我是否理解正确；也许这不是您的提议）。

2. 我会建议（OP cmets 中的其他人也指出）您分配存储网格值所需的两倍内存并使用在迭代之间交换的两个指针：一个指向保存先前迭代值的内存只读，另一个是只写的新迭代值。请注意，您只会交换指针，而不是实际复制内存。迭代完成后，您可以将最终结果复制到所需位置。

3. 是的，您需要在迭代之间同步线程，但是在 OpenMP 中，这通常是通过在迭代循环中打开一个并行区域来隐式完成的（在并行区域的末尾有一个隐式屏障）：

   for (int iter = 0; iter < niter; ++iter)
   {
       #pragma omp parallel
       {
           // get range of points for current thread
           // loop over thread's points and apply the stencil
       }
   }
   

   或者，使用parallel for 构造：

   const int np = n*n;
   for (int iter = 0; iter < niter; ++iter)
   {
       #pragma omp parallel for
       for (int ip = 0; ip < np; ++ip)
       {
           const int i = ip / n;
           const int j = ip % n;
           // apply the stencil to [i,j]
       }
   }
   

   第二个版本将在可用线程之间自动平均分配工作，这很可能是您想要的。首先，您必须手动完成。