共享内存并行编程OpenMP

一、客观题

1、OpenMP 是什么？
A. 一个并行编程库
B. 一个并行编程语言
C. 一个并行编程模型
D. 一个并行编程框架
答案：C

2、OpenMP 使用什么方式实现并行计算？
A. 数据并行
B. 任务并行
C. 流水线并行
D. A和B
答案：D

3、下列哪个指令是OpenMP中用于并行化循环的？
A  #pragma omp parallel
B..#pragma omp for
C. #pragma omp sections
D. #pragma omp single
答案：B

4、以下哪个是OpenMP中的环境变量？
A. OMP_NUM_THREADS
B. OMP_SCHEDULE
C. OMP_PROC_BIND
D. 所有上述选项
答案：D

5、在OpenMP中，下面哪个指令用于创建并行区域？
A. #pragma omp parallel
B. #pragma omp for
C. #pragma omp sections
D. #pragma omp single
答案：A

6、OpenMP支持哪种类型的并行机制？
A. 分布式内存并行机制
B. 共享内存并行机制
C. 数据并行机制
D. 所有上述选项
答案：B

7、在OpenMP中，下面哪个指令用于分配独立任务给各线程？
A. #pragma omp parallel
B. #pragma omp for
C. #pragma omp sections
D. #pragma omp single
答案：C

8、以下哪个指令是OpenMP中用于同步线程的？
A. #pragma omp barrier
B. #pragma omp critical
C. #pragma omp atomic
D. 所有上述选项
答案：D

9、在OpenMP中，如何控制线程数量？
A. 使用环境变量
B. 使用omp_set_num_threads()函数
C. 使用#omp parallel指令的num_threads子句
D. 所有上述选项
答案：D

10、OpenMP中的“私有数据”是什么意思？
A. 只能由一个线程访问的数据
B. 只能由创建它的线程访问的数据
C. 只能在并行区域内访问的数据
D. 所有上述选项
答案：B

11、在OpenMP中，下面哪个指令用于确保某一段代码只由一个线程执行？
A. #pragma omp single
B. #pragma omp critical
C. #pragma omp master
D. 所有上述选项
答案：D

12、OpenMP中的"firstprivate"子句的作用是什么？
A. 定义一个只能在并行区域内访问的变量
B. 定义一个私有变量，并初始化为其原始值
C. 定义一个私有变量，并初始化为0
D. 定义一个公共变量
答案：B

13、在OpenMP中，下面哪个指令可以在多个线程之间共享一个变量？
A. #pragma omp shared
B. #pragma omp private
C. #pragma omp firstprivate
D. #pragma omp lastprivate
答案：A

14、使用OpenMP，线程同步可以使用哪些指令？
A. #pragma omp barrier
B. #pragma omp critical
C. #pragma omp atomic
D. 所有上述选项
答案：D

15、在OpenMP中，数据依赖性如何处理？
A. 使用数据依赖性检测工具
B. 使用同步指令
C. 使用排列(subarray)数据结构
D. 所有上述选项
答案：B

16、在OpenMP中，线程是如何分配给任务的？
A. 硬件自动分配
B. 操作系统自动分配
C. 编译器自动分配
D. 根据OpenMP的指令和环境变量来分配
答案：D

17、OpenMP的哪个特性允许程序在并行区域内外都能运行？
A. 弹性并行性
B. 数据并行性
C. 任务并行性
D. 动态线程
答案：A

18、在OpenMP中，如何控制线程的调度策略？
A. 使用环境变量
B. 使用omp_set_schedule()函数
C. 使用#omp for指令的schedule子句
D. 所有上述选项
答案：D

19、在OpenMP中，下面哪个指令用于确保线程执行顺序？
A. #pragma omp ordered
B. #pragma omp critical
C. #pragma omp atomic
D. 所有上述选项
答案：A

20、在OpenMP中，如何减少false sharing的影响？
A. 优化数据访问模式
B. 使用padding技术
C. 选择合适的线程数量
D. 所有上述选项
答案：D

二、主观题

1、请详细描述OpenMP的并行计算模型，包括并行区域、线程管理、数据环境和同步；
OpenMP是一种基于多线程的并行计算模型，它采用了Fork-Join模型。当一个程序开始执行时，只有一个线程在运行，这被称为主线程。当主线程遇到并行区域时，会生成多个线程并行执行。这个过程称为Fork。在并行区域的结束处，所有的线程将会同步，然后只有主线程继续执行，这个过程称为Join。

2、请解释OpenMP中的数据作用域（包括私有、共享、第一私有、最后私有）；
私有（private）：每个线程都有一份自己的数据拷贝，各线程之间的数据是独立的。
共享（shared）：所有线程共享同一份数据。
第一私有（firstprivate）：每个线程都有一份数据拷贝，并且在并行区域开始前，数据会被初始化为原来的值。
最后私有（lastprivate）：与firstprivate类似，每个线程都有一份数据拷贝，但并行区域结束时，主线程的数据值会被更新为并行区域内最后执行的线程的数据值。

3、在OpenMP中如何使用并行循环优化程序？请给出一个具体的示例；
OpenMP可以通过“#pragma omp for”指令将循环并行化，每个线程会执行循环的一部分。这种方式非常适合于循环体内部没有依赖关系，且计算量大的场景。

示例：c++
#pragma omp parallel for
for (int i = 0; i < N; i++) {
    a[i] = b[i] + c[i];
}
这段代码将一个向量加法操作并行化，每个线程执行加法操作的一部分。

4、请解释OpenMP中的线程同步机制，并解释barrier、critical和atomic的作用；
barrier：在执行到此处的所有线程都必须等待，直到所有线程都到达此处，然后再继续执行。
critical：保证同一时刻只有一个线程执行某个代码段。
atomic：确保某个特定的内存更新操作是原子的，即在更新过程中不会被其他线程中断。

5、在实际开发中，如何避免OpenMP程序的常见问题（如数据竞争、假共享等）；
数据竞争：通过合理设计数据作用域，以及使用同步机制（如critical和atomic）避免数据竞争。
假共享：通过优化数据访问模式，选择合适的线程数量，以及使用padding技术等方式避免假共享。