Fortran和OpenMP：为什么不允许在纯过程中使用OpenMP指令？

Question

我目前使用OpenMP来并行化一个遗留应用程序。在我的工作中，我们为子例程和函数的参数添加了INTENT，并广泛使用关键字pure，以便让编译器检查函数和子例程是否具有无副作用的代码，以确保不更改任何全局状态。

现在，我注意到，在OpenMP标准（包括4.0草案）中写道：

“Fortran限制：所有OpenMP指令都适用以下限制：• OpenMP指令不能出现在PURE或ELEMENTAL过程中。”

为什么会这样？特别是INTENT和pure是强制编译器检查无副作用代码的好工具。为什么不允许它们结合使用？其背后的技术原因是什么？

当前实现的代码可以编译和运行，没有任何投诉，并且真正地在并行运行，我们可以通过工具和进程管理工具看到它。

如果不能这样工作，我们如何利用编译器检查无副作用的代码并与OpenMP并行运行？当前应用程序广泛使用（更改的）全局状态进行运行时控制，我们需要确定它。

它主要使用Intel Fortran Compiler（ifort）进行测试。

- Rick-Rainer Ludwig

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为了清晰明了，请考虑编辑问题标题 - “为什么不允许在纯过程中使用OpenMP指令？”因为通常可以（更常见的是必须）做相反的事情。 - IanH

是的，你说得完全正确。 - Rick-Rainer Ludwig

@Rick-RainerLudwig - 我冒昧地更改了这个问题上的[tag:pure]标签，因为[tag:pure]标签真的不连贯，既涉及pure和pure，也涉及“纯CSS”以及Fortran中的纯过程。我不懂Fortran，所以如果我的编辑没有意义，请告诉我！ - Richard JP Le Guen

Answer 1

OpenMP做的事情并不简单，比如启动线程和与操作系统交互。这与纯过程的概念模型不太兼容。

- Vladimir F Героям слава

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直到线程库中出现运行时异常，它才是无副作用的。请记住，在纯过程中甚至不允许使用“写入”、“停止”和“错误停止”。 - Vladimir F Героям слава

PURE向过程的调用者保证全局机器状态将如何改变。 OpenMP指令的行为取决于这些指令的执行顺序，以一种破坏这些保证的方式。 - IanH

问题：我应该担心全局状态吗？目前，我只希望Fortran代码是无副作用的。我不明白为什么我应该担心由OpenMP自身处理的全局状态。这对我真的很重要吗？ - Rick-Rainer Ludwig

@Rick：我认为微妙之处在于pure属性并不能使过程摆脱副作用，它只是向编译器发出信号，并且以一种相当严格的方式：函数只能有intent(in)参数，子程序只能修改自己的intent([in]out)参数。不允许对程序状态产生任何其他影响。OpenMP确实具有这样的影响，但这并不意味着它们是不需要的。您只需自行验证算法是否线程安全，或使用本机Fortran（2008）共数组织并行化即可。 - sigma

是的，我也完全同意这种想法。但为什么在OpenMP标准中会写（两次！）：“OpenMP指令不得出现在PURE或ELEMENTAL过程中。”按照你的论点，一个简短的警告就足够说明OpenMP会破坏纯函数，但不会对Fortran代码本身产生任何其他影响。问题是：真的是这样吗？还是背后有更多的东西？我仍然感到困惑，也没有在OpenMP.org论坛上得到具体的答案。 - Rick-Rainer Ludwig