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Fortran Coder»论坛 › 研讨区 › Fortran算法研究 › OpenMP并行FORTRAN嵌套循环问题
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OpenMP并行FORTRAN嵌套循环问题

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Kieran

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发表于 2023-4-25 15:33:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 Kieran 于 2023-4-25 20:33 编辑

大家好，

我用OpenMP的COLLAPSE语句并行了FORTRAN的嵌套循环。编译也能成功，但在运行是，程序报错，信息如下。
Loading tbb version 2021.5.1
Loading compiler-rt version 2022.0.2
Loading oclfpga version 2022.0.2
  Load "debugger" to debug DPC++ applications with the gdb-oneapi debugger.
  Load "dpl" for additional DPC++ APIs: https://github.com/oneapi-src/oneDPL
Loading mkl version 2022.0.2
Loading mpi version 2021.5.1
===================================================================================
=   BAD TERMINATION OF ONE OF YOUR APPLICATION PROCESSES
=   RANK 0 PID 15005 RUNNING AT login
=   KILLED BY SIGNAL: 11 (Segmentation fault)
===================================================================================
[1]+  Done                    ./run.sh

我的代码中并行的部分如下。
[Fortran] 纯文本查看 复制代码
!$OMP PARALLEL DO PRIVATE(i,j,l,m,pf,th,ll,sr,rl,ls,rs,rg,ag,ipiv,work,lwork,info,fd,tr)&
!$OMP             SHARED(po,km,kp,nm,nb,ei,ic,tv,lr,ol,ks,ra,k,ch,te) COLLAPSE(2)&
!$OMP             REDUCTION(+:t1,t2,t3)
DO i = 1, nm, 1
   DO j = 1, km(1)*km(2)*km(3), 1
      DO l = 1, nb, 1
         DO m = 1, po(1)*po(2)*po(3), 1
            pf = EXP(ic*(kp(j,1)*(tv(1,m)*lr(1,1)+tv(2,m)*lr(2,1)+tv(3,m)*lr(3,1))+kp(j,2)*(tv(1,m)*lr(1,2)+tv(2,m)*lr(2,2)+tv(3,m)*lr(3,2))+kp(j,3)*(tv(1,m)*lr(1,3)+tv(2,m)*lr(2,3)+tv(3,m)*lr(3,3))))
            th(:,l) = pf*((ei(i)+ic)*ol(:,l,m)-ks(:,l,m))
         END DO
      END DO
      ll(1,:,:) = th(ra(1)-k:ra(2)-k,ra(1)-k*2:ra(2)-k*2)
      ll(2,:,:) = th(ra(1)-k:ra(2)-k,ra(1)-k:ra(2)-k)    
      ll(3,:,:) = th(ra(1)-k*2:ra(2)-k*2,ra(1)-k:ra(2)-k)
      ll(4,:,:) = th(ra(1)-k:ra(2)-k,ra(1):ra(2))        
      ll(5,:,:) = th(ra(1):ra(2),ra(1)-k:ra(2)-k)        
      sr = th(ra(1):ra(2),ra(1):ra(2))                   
      rl(1,:,:) = th(ra(1)+k:ra(2)+k,ra(1)+k*2:ra(2)+k*2)
      rl(2,:,:) = th(ra(1)+k:ra(2)+k,ra(1)+k:ra(2)+k)    
      rl(3,:,:) = th(ra(1)+k*2:ra(2)+k*2,ra(1)+k:ra(2)+k)
      rl(4,:,:) = th(ra(1):ra(2),ra(1)+k:ra(2)+k)        
      rl(5,:,:) = th(ra(1)+k:ra(2)+k,ra(1):ra(2))        
      ls = MATMUL(MATMUL(ll(1,:,:),ll(2,:,:)),ll(3,:,:)) 
      ll(2,:,:) = ll(2,:,:) - ls                         
      rs = MATMUL(MATMUL(rl(1,:,:),rl(2,:,:)),rl(3,:,:)) 
      rl(2,:,:) = rl(2,:,:) - rs                         
      rg = DCMPLX(0.0d0, 0.0d0)
      rg = sr-ls-rs
      CALL ZGETRF(ra(2)-ra(1),ra(2)-ra(1),rg,l,ipiv,info)
      CALL ZGETRI(ra(2)-ra(1),rg,ra(2)-ra(1),ipiv,work,lwork,info)
      DO l = 1, k, 1
         ag(l,:) = DCONJG(rg(:,l))
      END DO
      fd(1) = 1.0d0/(EXP((ei(i)-ch(1))/te)+1.0d0)
      fd(2) = 1.0d0/(EXP((ei(i)-ch(3))/te)+1.0d0)
      IF (fd(1) > fd(2)) THEN
         fd(3) = fd(1)
         fd(1) = fd(2)
         fd(2) = fd(3)
         fd(3) = fd(2)-fd(1)
      ELSE IF (fd(1) == fd(2)) THEN
              fd(3) = 1.0d0
      ELSE
         fd(3) = fd(2)-fd(1)
      END IF
      t1(i,j,:,:) = t1(i,j,:,:)+fd(3)*MATMUL(MATMUL(rg,ls+rs),ag)/2.0d0-fd(1)*IMAG(rg)
      tr = MATMUL(MATMUL(MATMUL(ls,ag),rs),rg)
      DO l = 1, k, 1
         t2(i) = t2(i)+tr(l,l)
      END DO
      t2(i) = t2(i)*fd(3)
      tr = rg - ag
      DO l = 1, k, 1
         t3(i) = t3(i)+tr(l,l)
      END DO
   END DO
END DO
!$OMP END PARALLEL DO


我有尝试使用很小的值赋给nm和km变量，但报错信息仍然每天。麻烦大家帮我看下，问题出在哪里，又要如何解决呢？

谢谢啦。
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li913

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发表于 2023-4-25 15:44:02 | 只看该作者
k为公有，但30行修改了K
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Kieran

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 楼主| 发表于 2023-4-25 20:36:09 | 只看该作者
li913 发表于 2023-4-25 15:44
k为公有，但30行修改了K

谢谢你的回复和指点。我修改了代码，我把原来的k变量，直接用ra(2)-ra(1)来替代，编译也成功了，但运行代码的时候，还是报错。错误信息如下。
[Fortran] 纯文本查看 复制代码
===================================================================================
=   BAD TERMINATION OF ONE OF YOUR APPLICATION PROCESSES
=   RANK 0 PID 18197 RUNNING AT login
=   KILLED BY SIGNAL: 11 (Segmentation fault)
===================================================================================

是不是我的OMP中的REDUCTION或者COLLAPSE功能使用不当呢？还是其它原因呢？能麻烦你再给些建议，调整解决这个问题吗？
谢谢啦。
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Kieran

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 楼主| 发表于 2023-4-26 01:53:41 | 只看该作者
本帖最后由 Kieran 于 2023-4-26 01:57 编辑
li913 发表于 2023-4-25 15:44
k为公有，但30行修改了K

我又重新写了一个简短的完整的程序，这个程序与我上面问题里的程序结构相同。我把它放在下面了。我的目的是希望能把最外层的两个循环里的t1，t2和t3分别各自相加，然后得到最后加和后的t1，t2和t3。能否麻烦你帮我看下我的程序是否有问题吗？尤其是OpenMP中的COLLAPSE和REDUCTION语句是否使用正确呢？多谢啦。
[Fortran] 纯文本查看 复制代码
PROGRAM TES
IMPLICIT NONE
INTEGER, PARAMETER              ::             dp = SELECTED_REAL_KIND(15,14)
INTEGER                         ::             i, j, k, l, m
INTEGER                         ::             na = 177
INTEGER                         ::             nm = 100
INTEGER                         ::             km(3)
INTEGER                         ::             po(3)
REAL (KIND=dp), ALLOCATABLE     ::             kp(:,:)
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             th(:,:)
COMPLEX (KIND=dp)               ::             ic = DCMPLX(0.0d0, 1.0d0)
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             t1(:,:,:,:)
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             t2(:)
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             t3(:)
INTEGER                         ::             omp_get_num_threads
INTEGER                         ::             omp_get_thread_num
INTEGER                         ::             num_thread
INTEGER                         ::             id_thread

km(1) = 100
km(2) = 1
km(3) = 75
ALLOCATE (kp(km(1)*km(2)*km(3),3))
DO i = 1, km(1), 1
   DO j = 1, km(2), 1
      DO k = 1, km(3), 1
         kp((i-1)*km(2)*km(3)+(j-1)*km(3)+k,1) = DBLE(i)
         kp((i-1)*km(2)*km(3)+(j-1)*km(3)+k,2) = DBLE(j)
         kp((i-1)*km(2)*km(3)+(j-1)*km(3)+k,3) = DBLE(k)
      END DO
   END DO
END DO
po(1) = 1
po(2) = 0
po(3) = 5
ALLOCATE (th(na,na))
ALLOCATE (t1(nm,km(1)*km(2)*km(3),na,na))
ALLOCATE (t2(nm))
ALLOCATE (t3(nm))
!$OMP PARALLEL DEFAULT(NONE) SHARED(num_thread)
num_thread = omp_get_num_threads()
!$OMP END PARALLEL
!$OMP PARALLEL DO PRIVATE(i,j,k,l,m,th)&
!$OMP             SHARED(km,kp,nm,po,ic) COLLAPSE(2)&
!$OMP             REDUCTION(+:t1,t2,t3)
DO i = 1, nm, 1
   DO j = 1, km(1)*km(2)*km(3), 1
      th = DCMPLX(0.0d0, 0.0d0)
      DO k = 1, na, 1
         DO l = 1, na, 1
            DO m = 1, (po(1)*2+1)*(po(2)*2+1)*(po(3)*2+1), 1
               th(l,k) = th(l,k) + kp(j,1)*k + kp(j,2)*ic - kp(j,3)*l
            END DO
         END DO
      END DO
      t1(i,j,:,:) = th*(i-j+ic)
      DO k = 1, na, 1
         t2(i) = t2(i) + th(k,k)*(i*ic-j)
      END DO
      DO k = na, 1, -1
         t3(i) = t3(i) + th(k,na-k+1)*(i*ic+j)
      END DO
   END DO
END DO
!$OMP END PARALLEL DO
OPEN (UNIT=3, FILE='output.dat', STATUS='UNKNOWN')
DO i = 1, nm, 1
   DO j = 1, km(1)*km(2)*km(3), 1
      DO k = 1, na, 1
         WRITE (UNIT=3, FMT=*) t1(i,j,k,:)
      END DO
   END DO
END DO
WRITE (UNIT=3, FMT=*)
DO i = 1, nm, 1
   WRITE (UNIT=3, FMT=*) t2(i)
END DO
WRITE (UNIT=3, FMT=*)
DO i = 1, nm, 1
   WRITE (UNIT=3, FMT=*) t3(i)
END DO
CLOSE (UNIT=3)

DEALLOCATE (kp)
DEALLOCATE (th)
DEALLOCATE (t1)
DEALLOCATE (t2)
DEALLOCATE (t3)

STOP
END PROGRAM TES

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发表于 2023-4-26 11:17:21 | 只看该作者
本帖最后由 Transpose 于 2023-4-26 11:23 编辑

[Fortran] 纯文本查看 复制代码
t1(nm,km(1)*km(2)*km(3),na,na)

这个数组占的内存大概是180G，应该是内存不足了
100*100*1*75*177*177=23496750000
23496750000/1e9=23.5
23.5*8=188GB

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 楼主| 发表于 2023-4-26 14:26:25 | 只看该作者
Transpose 发表于 2023-4-26 11:17
这个数组占的内存大概是180G， ...

谢谢你的回复。

那请问针对于我的代码，你有什么好的并行方式，既不会占用太大的内存空间，同时也能把外层的nm变量循环和内层的km变量循环，这两个嵌套循环都并行了吗？

看你的网名，你也是做输运计算的吧？请问这类循环能量和k点双层嵌套循环，要如何并行会好一些呢？

盼复。
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发表于 2023-4-26 16:42:22 | 只看该作者
感觉只能修改算法，减少内存的占用了，这么大的数组直接定义，不太合理
另外注意数组的列优先顺序，使用ifort的时候，极易产生临时数组，这也会导致内存不足
[Fortran] 纯文本查看 复制代码
t1(i,j,:,:) = th*(i-j+ic)

比如这一句，可能会产生临时数组

你的前一个程序，大量使用matmul,在ifort里面也是不提倡的，ifort的matmul优化不好，而且大量的产生临时数组
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Kieran

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 楼主| 发表于 2023-4-27 03:24:35 | 只看该作者
Transpose 发表于 2023-4-26 16:42
感觉只能修改算法，减少内存的占用了，这么大的数组直接定义，不太合理
另外注意数组的列优先顺序，使用ifo ...

谢谢你的建议，我有把大数组移到并行外面计算，然后只取大数组中要用到的较小的部分，放入并行中进行数组间的乘法运算。同时，我也自己手动计算了数组间的乘法，但运行程序时，还是报错。

我写了一个结构相同的，简短的数组相乘程序。能麻烦你再帮我看下哪里不合理吗？

谢谢。

这是我的数组相乘程序。
[Fortran] 纯文本查看 复制代码
SUBROUTINE MULTIPLICATION_MATRIX(di,ou,i1,i2)
IMPLICIT NONE
INTEGER, PARAMETER              ::             dp = SELECTED_REAL_KIND(15,14)      !Precision of the floating variable
INTEGER                         ::             di                                  !Dimension of the matrix
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             ou(:,:)                             !Output matrix
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             i1(:,:)                             !Input matrix
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             i2(:,:)                             !Input matrix
COMPLEX (KIND=dp)               ::             i3
INTEGER                         ::             i, j, k

ou = DCMPLX(0.0d0, 0.0d0)
DO i = 1, di, 1
   DO j = 1, di, 1
      i3 = DCMPLX(0.0d0, 0.0d0)
      DO k = 1, di, 1
!         ou(i,j) = ou(i,j)+i1(j,k)*i2(k,j)
         i3 = i3+i1(j,k)*i2(k,j)
      END DO
      ou(i,j) = i3
   END DO
END DO

RETURN
END SUBROUTINE MULTIPLICATION_MATRIX
PROGRAM CODE
IMPLICIT NONE
INTEGER, PARAMETER              ::             dp = SELECTED_REAL_KIND(15,14)      !Precision of the floating variable
INTEGER                         ::             di = 2                              !Dimension of the matrix
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             ou(:,:)                             !Output matrix
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             i1(:,:)                             !Input matrix
COMPLEX (KIND=dp), ALLOCATABLE  ::             i2(:,:)                             !Input matrix
INTEGER                         ::             i, j

ALLOCATE (ou(di,di))
ALLOCATE (i1(di,di))
ALLOCATE (i2(di,di))

DO i = 1, di, 1
   DO j = 1, di, 1
      i1(i,j) = DCMPLX(0.0d0, 1.0d0)*i-j
      i2(i,j) = DCMPLX(1.0d0, 1.0d0)*j-i
   END DO
END DO

CALL MULTIPLICATION_MATRIX(di,ou,i1,i2)

OPEN (UNIT=3, FILE='out.dat', STATUS='UNKNOWN')
DO i = 1, di, 1
   WRITE (UNIT=3, FMT=*) ou(i,:)
END DO

DEALLOCATE (ou)
DEALLOCATE (i1)
DEALLOCATE (i2)

CLOSE (UNIT=3)

STOP
END PROGRAM CODE


这是编译并运行程序后的报错信息。
[Fortran] 纯文本查看 复制代码
forrtl: severe (408): fort: (8): Attempt to fetch from allocatable variable I2 when it is not allocated

Image              PC                Routine            Line        Source             
TE1                000000000040CA3F  Unknown               Unknown  Unknown
TE1                00000000004057C8  multiplication_ma          17  TE1.f90
TE1                0000000000407369  MAIN__                     45  TE1.f90
TE1                0000000000404EE2  Unknown               Unknown  Unknown
libc-2.17.so       00002B384CDDB555  __libc_start_main     Unknown  Unknown
TE1                0000000000404DE9  Unknown               Unknown  Unknown


我的数组在主程序中已经分配空间了，为什么还有错误信息，说没有分配空间呢？
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发表于 2023-4-27 09:04:19 | 只看该作者
这种数组传递方式需要写接口

http://fcode.cn/guide-103-1.html
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