[NFC][RISCV] Remove CFIIndex argument from allocateStack (#117871)
[llvm-project.git] / openmp / docs / design / Runtimes.rst
blob951c651f42f29dc91a26210c9beb2fd4e71b9425
1 .. _openmp_runtimes:
3 LLVM/OpenMP Runtimes
4 ====================
6 There are four distinct types of LLVM/OpenMP runtimes: the host runtime
7 :ref:`libomp`, the target offloading runtime :ref:`libomptarget`, the target
8 offloading plugin :ref:`libomptarget_plugin`, and finally the target device
9 runtime :ref:`libomptarget_device`.
11 For general information on debugging OpenMP target offloading applications, see
12 :ref:`libomptarget_info` and :ref:`libomptarget_device_debugging`
14 .. _libomp:
16 LLVM/OpenMP Host Runtime (``libomp``)
17 -------------------------------------
19 An `early (2015) design document
20 <https://raw.githubusercontent.com/llvm/llvm-project/main/openmp/runtime/doc/Reference.pdf>`_
21 for the LLVM/OpenMP host runtime, aka.  `libomp.so`, is available as a `pdf
22 <https://raw.githubusercontent.com/llvm/llvm-project/main/openmp/runtime/doc/Reference.pdf>`_.
24 .. _libomp_environment_vars:
26 Environment Variables
27 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
29 OMP_CANCELLATION
30 """"""""""""""""
32 Enables cancellation of the innermost enclosing region of the type specified.
33 If set to ``true``, the effects of the cancel construct and of cancellation
34 points are enabled and cancellation is activated. If set to ``false``,
35 cancellation is disabled and the cancel construct and cancellation points are
36 effectively ignored.
38 .. note::
39    Internal barrier code will work differently depending on whether cancellation
40    is enabled. Barrier code should repeatedly check the global flag to figure
41    out if cancellation has been triggered. If a thread observes cancellation, it
42    should leave the barrier prematurely with the return value 1 (and may wake up
43    other threads). Otherwise, it should leave the barrier with the return value 0.
45 Enables (``true``) or disables (``false``) cancellation of the innermost
46 enclosing region of the type specified.
48 **Default:** ``false``
51 OMP_DISPLAY_ENV
52 """""""""""""""
54 Enables (``true``) or disables (``false``) the printing to ``stderr`` of
55 the OpenMP version number and the values associated with the OpenMP
56 environment variables.
58 Possible values are: ``true``, ``false``, or ``verbose``.
60 **Default:** ``false``
62 OMP_DEFAULT_DEVICE
63 """"""""""""""""""
65 Sets the device that will be used in a target region. The OpenMP routine
66 ``omp_set_default_device`` or a device clause in a parallel pragma can override
67 this variable. If no device with the specified device number exists, the code is
68 executed on the host. If this environment variable is not set, device number 0
69 is used.
71 OMP_DYNAMIC
72 """""""""""
74 Enables (``true``) or disables (``false``) the dynamic adjustment of the
75 number of threads.
77 | **Default:** ``false``
79 OMP_MAX_ACTIVE_LEVELS
80 """""""""""""""""""""
82 The maximum number of levels of parallel nesting for the program.
84 | **Default:** ``1``
86 OMP_NESTED
87 """"""""""
89 .. warning::
90     Deprecated. Please use ``OMP_MAX_ACTIVE_LEVELS`` to control nested parallelism
92 Enables (``true``) or disables (``false``) nested parallelism.
94 | **Default:** ``false``
96 OMP_NUM_THREADS
97 """""""""""""""
99 Sets the maximum number of threads to use for OpenMP parallel regions if no
100 other value is specified in the application.
102 The value can be a single integer, in which case it specifies the number of threads
103 for all parallel regions. The value can also be a comma-separated list of integers,
104 in which case each integer specifies the number of threads for a parallel
105 region at that particular nesting level.
107 The first position in the list represents the outer-most parallel nesting level,
108 the second position represents the next-inner parallel nesting level, and so on.
109 At any level, the integer can be left out of the list. If the first integer in a
110 list is left out, it implies the normal default value for threads is used at the
111 outer-most level. If the integer is left out of any other level, the number of
112 threads for that level is inherited from the previous level.
114 | **Default:** The number of processors visible to the operating system on which the program is executed.
115 | **Syntax:** ``OMP_NUM_THREADS=value[,value]*``
116 | **Example:** ``OMP_NUM_THREADS=4,3``
118 OMP_PLACES
119 """"""""""
121 Specifies an explicit ordered list of places, either as an abstract name
122 describing a set of places or as an explicit list of places described by
123 non-negative numbers. An exclusion operator, ``!``, can also be used to exclude
124 the number or place immediately following the operator.
126 For **explicit lists**, an ordered list of places is specified with each place
127 represented as a set of non-negative numbers. The non-negative numbers represent
128 operating system logical processor numbers and can be thought of as an OS affinity mask.
130 Individual places can be specified through two methods.
131 Both the **examples** below represent the same place.
133 * An explicit list of comma-separated non-negatives numbers **Example:** ``{0,2,4,6}``
134 * An interval with notation ``<lower-bound>:<length>[:<stride>]``.  **Example:** ``{0:4:2}``. When ``<stride>`` is omitted, a unit stride is assumed.
135   The interval notation represents this set of numbers:
139     <lower-bound>, <lower-bound> + <stride>, ..., <lower-bound> + (<length> - 1) * <stride>
142 A place list can also be specified using the same interval
143 notation: ``{place}:<length>[:<stride>]``.
144 This represents the list of length ``<length>`` places determined by the following:
146 .. code-block:: c
148     {place}, {place} + <stride>, ..., {place} + (<length>-1)*<stride>
149     Where given {place} and integer N, {place} + N = {place with every number offset by N}
150     Example: {0,3,6}:4:1 represents {0,3,6}, {1,4,7}, {2,5,8}, {3,6,9}
152 **Examples of explicit lists:**
153 These all represent the same set of places
157      OMP_PLACES="{0,1,2,3},{4,5,6,7},{8,9,10,11},{12,13,14,15}"
158      OMP_PLACES="{0:4},{4:4},{8:4},{12:4}"
159      OMP_PLACES="{0:4}:4:4"
161 .. note::
162     When specifying a place using a set of numbers, if any number cannot be
163     mapped to a processor on the target platform, then that number is
164     ignored within the place, but the rest of the place is kept intact.
165     If all numbers within a place are invalid, then the entire place is removed
166     from the place list, but the rest of place list is kept intact.
168 The **abstract names** listed below are understood by the run-time environment:
170 * ``threads:`` Each place corresponds to a single hardware thread.
171 * ``cores:`` Each place corresponds to a single core (having one or more hardware threads).
172 * ``sockets:`` Each place corresponds to a single socket (consisting of one or more cores).
173 * ``numa_domains:`` Each place corresponds to a single NUMA domain (consisting of one or more cores).
174 * ``ll_caches:`` Each place corresponds to a last-level cache (consisting of one or more cores).
176 The abstract name may be appended by a positive number in parentheses to
177 denote the length of the place list to be created, that is ``abstract_name(num-places)``.
178 If the optional number isn't specified, then the runtime will use all available
179 resources of type ``abstract_name``. When requesting fewer places than available
180 on the system, the first available resources as determined by ``abstract_name``
181 are used. When requesting more places than available on the system, only the
182 available resources are used.
184 **Examples of abstract names:**
187     OMP_PLACES=threads
188     OMP_PLACES=threads(4)
190 OMP_PROC_BIND (Windows, Linux)
191 """"""""""""""""""""""""""""""
192 Sets the thread affinity policy to be used for parallel regions at the
193 corresponding nested level. Enables (``true``) or disables (``false``)
194 the binding of threads to processor contexts. If enabled, this is the
195 same as specifying ``KMP_AFFINITY=scatter``. If disabled, this is the
196 same as specifying ``KMP_AFFINITY=none``.
198 **Acceptable values:** ``true``, ``false``, or a comma separated list, each
199 element of which is one of the following values: ``master``, ``close``, ``spread``, or ``primary``.
201 **Default:** ``false``
203 .. warning::
204     ``master`` is deprecated. The semantics of ``master`` are the same as ``primary``.
206 If set to ``false``, the execution environment may move OpenMP threads between
207 OpenMP places, thread affinity is disabled, and ``proc_bind`` clauses on
208 parallel constructs are ignored. Otherwise, the execution environment should
209 not move OpenMP threads between OpenMP places, thread affinity is enabled, and
210 the initial thread is bound to the first place in the OpenMP place list.
212 If set to ``primary``, all threads are bound to the same place as the primary
213 thread.
215 If set to ``close``, threads are bound to successive places, near where the
216 primary thread is bound.
218 If set to ``spread``, the primary thread's partition is subdivided and threads
219 are bound to single place successive sub-partitions.
221 | **Related environment variables:** ``KMP_AFFINITY`` (overrides ``OMP_PROC_BIND``).
223 OMP_SCHEDULE
224 """"""""""""
225 Sets the run-time schedule type and an optional chunk size.
227 | **Default:** ``static``, no chunk size specified
228 | **Syntax:** ``OMP_SCHEDULE="kind[,chunk_size]"``
230 OMP_STACKSIZE
231 """""""""""""
233 Sets the number of bytes to allocate for each OpenMP thread to use as the
234 private stack for the thread. Recommended size is 16M.
236 Use the optional suffixes to specify byte units: ``B`` (bytes), ``K`` (Kilobytes),
237 ``M`` (Megabytes), ``G`` (Gigabytes), or ``T`` (Terabytes) to specify the units.
238 If you specify a value without a suffix, the byte unit
239 is assumed to be ``K`` (Kilobytes).
241 This variable does not affect the native operating system threads created by the
242 user program, or the thread executing the sequential part of an OpenMP program.
244 The ``kmp_{set,get}_stacksize_s()`` routines set/retrieve the value.
245 The ``kmp_set_stacksize_s()`` routine must be called from sequential part, before
246 first parallel region is created. Otherwise, calling ``kmp_set_stacksize_s()``
247 has no effect.
249 | **Default:**
251 * 32-bit architecture: ``2M``
252 * 64-bit architecture: ``4M``
254 | **Related environment variables:** ``KMP_STACKSIZE`` (overrides ``OMP_STACKSIZE``).
255 | **Example:** ``OMP_STACKSIZE=8M``
257 OMP_THREAD_LIMIT
258 """"""""""""""""
260 Limits the number of simultaneously-executing threads in an OpenMP program.
262 If this limit is reached and another native operating system thread encounters
263 OpenMP API calls or constructs, the program can abort with an error message.
264 If this limit is reached when an OpenMP parallel region begins, a one-time
265 warning message might be generated indicating that the number of threads in
266 the team was reduced, but the program will continue.
268 The ``omp_get_thread_limit()`` routine returns the value of the limit.
270 | **Default:** No enforced limit
271 | **Related environment variable:** ``KMP_ALL_THREADS`` (overrides ``OMP_THREAD_LIMIT``).
273 OMP_WAIT_POLICY
274 """""""""""""""
276 Decides whether threads spin (active) or yield (passive) while they are waiting.
277 ``OMP_WAIT_POLICY=active`` is an alias for ``KMP_LIBRARY=turnaround``, and
278 ``OMP_WAIT_POLICY=passive`` is an alias for ``KMP_LIBRARY=throughput``.
280 | **Default:** ``passive``
282 .. note::
283     Although the default is ``passive``, unless the user has explicitly set
284     ``OMP_WAIT_POLICY``, there is a small period of active spinning determined
285     by ``KMP_BLOCKTIME``.
287 KMP_AFFINITY (Windows, Linux)
288 """""""""""""""""""""""""""""
290 Enables run-time library to bind threads to physical processing units.
292 You must set this environment variable before the first parallel region, or
293 certain API calls including ``omp_get_max_threads()``, ``omp_get_num_procs()``
294 and any affinity API calls.
296 **Syntax:** ``KMP_AFFINITY=[<modifier>,...]<type>[,<permute>][,<offset>]``
298 ``modifiers`` are optional strings consisting of a keyword and possibly a specifier
300 * ``respect`` (default) and ``norespect`` - determine whether to respect the original process affinity mask.
301 * ``verbose`` and ``noverbose`` (default) - determine whether to display affinity information.
302 * ``warnings`` (default) and ``nowarnings`` - determine whether to display warnings during affinity detection.
303 * ``reset`` and ``noreset`` (default) - determine whether to reset primary thread's affinity after outermost parallel region(s)
304 * ``granularity=<specifier>`` - takes the following specifiers ``thread``, ``core`` (default), ``tile``,
305   ``socket``, ``die``, ``group`` (Windows only).
306   The granularity describes the lowest topology levels that OpenMP threads are allowed to float within a topology map.
307   For example, if ``granularity=core``, then the OpenMP threads will be allowed to move between logical processors within
308   a single core. If ``granularity=thread``, then the OpenMP threads will be restricted to a single logical processor.
309 * ``proclist=[<proc_list>]`` - The ``proc_list`` is specified by
311 +--------------------+----------------------------------------+
312 | Value              |         Description                    |
313 +====================+========================================+
314 |   <proc_list> :=   |   <proc_id> | { <id_list> }            |
315 +--------------------+----------------------------------------+
316 |   <id_list> :=     |   <proc_id> | <proc_id>,<id_list>      |
317 +--------------------+----------------------------------------+
319 Where each ``proc_id`` represents an operating system logical processor ID.
320 For example, ``proclist=[3,0,{1,2},{0,3}]`` with ``OMP_NUM_THREADS=4`` would place thread 0 on
321 OS logical processor 3, thread 1 on OS logical processor 0, thread 2 on both OS logical
322 processors 1 & 2, and thread 3 on OS logical processors 0 & 3.
324 ``type`` is the thread affinity policy to choose.
325 Valid choices are ``none``, ``balanced``, ``compact``, ``scatter``, ``explicit``, ``disabled``
327 * type ``none`` (default) - Does not bind OpenMP threads to particular thread contexts;
328   however, if the operating system supports affinity, the compiler still uses the
329   OpenMP thread affinity interface to determine machine topology.
330   Specify ``KMP_AFFINITY=verbose,none`` to list a machine topology map.
331 * type ``compact`` - Specifying compact assigns the OpenMP thread <n>+1 to a free thread
332   context as close as possible to the thread context where the <n> OpenMP thread was
333   placed. For example, in a topology map, the nearer a node is to the root, the more
334   significance the node has when sorting the threads.
335 * type ``scatter`` - Specifying scatter distributes the threads as evenly as
336   possible across the entire system. ``scatter`` is the opposite of ``compact``; so the
337   leaves of the node are most significant when sorting through the machine topology map.
338 * type ``balanced`` - Places threads on separate cores until all cores have at least one thread,
339   similar to the ``scatter`` type. However, when the runtime must use multiple hardware thread
340   contexts on the same core, the balanced type ensures that the OpenMP thread numbers are close
341   to each other, which scatter does not do. This affinity type is supported on the CPU only for
342   single socket systems.
343 * type ``explicit`` - Specifying explicit assigns OpenMP threads to a list of OS proc IDs that
344   have been explicitly specified by using the ``proclist`` modifier, which is required
345   for this affinity type.
346 * type ``disabled`` - Specifying disabled completely disables the thread affinity interfaces.
347   This forces the OpenMP run-time library to behave as if the affinity interface was not
348   supported by the operating system. This includes the low-level API interfaces such
349   as ``kmp_set_affinity`` and ``kmp_get_affinity``, which have no effect and will return
350   a nonzero error code.
352 For both ``compact`` and ``scatter``, ``permute`` and ``offset`` are allowed;
353 however, if you specify only one integer, the runtime interprets the value as
354 a permute specifier. **Both permute and offset default to 0.**
356 The ``permute`` specifier controls which levels are most significant when sorting
357 the machine topology map. A value for ``permute`` forces the mappings to make the
358 specified number of most significant levels of the sort the least significant,
359 and it inverts the order of significance. The root node of the tree is not
360 considered a separate level for the sort operations.
362 The ``offset`` specifier indicates the starting position for thread assignment.
364 | **Default:** ``noverbose,warnings,respect,granularity=core,none``
365 | **Related environment variable:** ``OMP_PROC_BIND`` (``KMP_AFFINITY`` takes precedence)
367 .. note::
368     On Windows with multiple processor groups, the norespect affinity modifier
369     is assumed when the process affinity mask equals a single processor group
370     (which is default on Windows). Otherwise, the respect affinity modifier is used.
372 .. note::
373     On Windows with multiple processor groups, if the granularity is too coarse, it
374     will be set to ``granularity=group``. For example, if two processor groups exist
375     across one socket, and ``granularity=socket`` the runtime will shift the
376     granularity down to group since that is the largest granularity allowed by the OS.
378 KMP_HIDDEN_HELPER_AFFINITY (Windows, Linux)
379 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
381 Enables run-time library to bind hidden helper threads to physical processing units.
382 This environment variable has the same syntax and semantics as ``KMP_AFFINIY`` but only
383 applies to the hidden helper team.
385 You must set this environment variable before the first parallel region, or
386 certain API calls including ``omp_get_max_threads()``, ``omp_get_num_procs()``
387 and any affinity API calls.
389 **Syntax:** Same as ``KMP_AFFINITY``
391 The following ``modifiers`` are ignored in ``KMP_HIDDEN_HELPER_AFFINITY`` and are only valid
392 for ``KMP_AFFINITY``:
393 * ``respect`` and ``norespect``
394 * ``reset`` and ``noreset``
396 KMP_ALL_THREADS
397 """""""""""""""
399 Limits the number of simultaneously-executing threads in an OpenMP program.
400 If this limit is reached and another native operating system thread encounters
401 OpenMP API calls or constructs, then the program may abort with an error
402 message. If this limit is reached at the time an OpenMP parallel region begins,
403 a one-time warning message may be generated indicating that the number of
404 threads in the team was reduced, but the program will continue execution.
406 | **Default:** No enforced limit.
407 | **Related environment variable:** ``OMP_THREAD_LIMIT`` (``KMP_ALL_THREADS`` takes precedence)
409 KMP_BLOCKTIME
410 """""""""""""
412 Sets the time that a thread should wait, after completing the
413 execution of a parallel region, before sleeping.
415 Use the optional suffixes: ``ms`` (milliseconds), or ``us`` (microseconds) to
416 specify/change the units. Defaults units is milliseconds.
418 Specify ``infinite`` for an unlimited wait time.
420 | **Default:** 200 milliseconds
421 | **Related Environment Variable:** ``KMP_LIBRARY``
422 | **Example:** ``KMP_BLOCKTIME=1ms``
424 KMP_CPUINFO_FILE
425 """"""""""""""""
427 Specifies an alternate file name for a file containing the machine topology
428 description. The file must be in the same format as :file:`/proc/cpuinfo`.
430 **Default:** None
432 KMP_DETERMINISTIC_REDUCTION
433 """""""""""""""""""""""""""
435 Enables (``true``) or disables (``false``) the use of a specific ordering of
436 the reduction operations for implementing the reduction clause for an OpenMP
437 parallel region. This has the effect that, for a given number of threads, in
438 a given parallel region, for a given data set and reduction operation, a
439 floating point reduction done for an OpenMP reduction clause has a consistent
440 floating point result from run to run, since round-off errors are identical.
442 | **Default:** ``false``
443 | **Example:** ``KMP_DETERMINISTIC_REDUCTION=true``
445 KMP_DYNAMIC_MODE
446 """"""""""""""""
448 Selects the method used to determine the number of threads to use for a parallel
449 region when ``OMP_DYNAMIC=true``. Possible values: (``load_balance`` | ``thread_limit``), where,
451 * ``load_balance``: tries to avoid using more threads than available execution units on the machine;
452 * ``thread_limit``: tries to avoid using more threads than total execution units on the machine.
454 **Default:** ``load_balance`` (on all supported platforms)
456 KMP_HOT_TEAMS_MAX_LEVEL
457 """""""""""""""""""""""
458 Sets the maximum nested level to which teams of threads will be hot.
460 .. note::
461     A hot team is a team of threads optimized for faster reuse by subsequent
462     parallel regions. In a hot team, threads are kept ready for execution of
463     the next parallel region, in contrast to the cold team, which is freed
464     after each parallel region, with its threads going into a common pool
465     of threads.
467 For values of 2 and above, nested parallelism should be enabled.
469 **Default:** 1
471 KMP_HOT_TEAMS_MODE
472 """"""""""""""""""
474 Specifies the run-time behavior when the number of threads in a hot team is reduced.
475 Possible values:
477 * ``0`` - Extra threads are freed and put into a common pool of threads.
478 * ``1`` - Extra threads are kept in the team in reserve, for faster reuse
479   in subsequent parallel regions.
481 **Default:** 0
483 KMP_HW_SUBSET
484 """""""""""""
486 Specifies the subset of available hardware resources for the hardware topology
487 hierarchy. The subset is specified in terms of number of units per upper layer
488 unit starting from top layer downwards. E.g. the number of sockets (top layer
489 units), cores per socket, and the threads per core, to use with an OpenMP
490 application, as an alternative to writing complicated explicit affinity settings
491 or a limiting process affinity mask. You can also specify an offset value to set
492 which resources to use. When available, you can specify attributes to select
493 different subsets of resources.
495 An extended syntax is available when ``KMP_TOPOLOGY_METHOD=hwloc``. Depending on what
496 resources are detected, you may be able to specify additional resources, such as
497 NUMA domains and groups of hardware resources that share certain cache levels.
499 **Basic syntax:** ``[:][num_units|*]ID[@offset][:attribute] [,[num_units|*]ID[@offset][:attribute]...]``
501 An optional colon (:) can be specified at the beginning of the syntax to specify an explicit hardware subset. The default is an implicit hardware subset.
503 Supported unit IDs are not case-insensitive.
505 | ``S`` - socket
506 | ``num_units`` specifies the requested number of sockets.
508 | ``D`` - die
509 | ``num_units`` specifies the requested number of dies per socket.
511 | ``C`` - core
512 | ``num_units`` specifies the requested number of cores per die - if any - otherwise, per socket.
514 | ``T`` - thread
515 | ``num_units`` specifies the requested number of HW threads per core.
517 .. note::
518     ``num_units`` can be left out or explicitly specified as ``*`` instead of a positive integer
519     meaning use all specified resources at that level.
520     e.g., ``1s,*c`` means use 1 socket and all the cores on that socket
522 ``offset`` - (Optional) The number of units to skip.
524 ``attribute`` - (Optional) An attribute differentiating resources at a particular level. The attributes available to users are:
526 * **Core type** - On Intel architectures, this can be ``intel_atom`` or ``intel_core``
527 * **Core efficiency** - This is specified as ``eff``:emphasis:`num` where :emphasis:`num` is a number from 0
528   to the number of core efficiencies detected in the machine topology minus one.
529   E.g., ``eff0``. The greater the efficiency number the more performant the core. There may be
530   more core efficiencies than core types and can be viewed by setting ``KMP_AFFINITY=verbose``
532 .. note::
533     The hardware cache can be specified as a unit, e.g. L2 for L2 cache,
534     or LL for last level cache.
536 **Extended syntax when KMP_TOPOLOGY_METHOD=hwloc:**
538 Additional IDs can be specified if detected. For example:
540 ``N`` - numa
541 ``num_units`` specifies the requested number of NUMA nodes per upper layer
542 unit, e.g. per socket.
544 ``TI`` - tile
545 num_units specifies the requested number of tiles to use per upper layer
546 unit, e.g. per NUMA node.
548 When any numa or tile units are specified in ``KMP_HW_SUBSET`` and the hwloc
549 topology method is available, the ``KMP_TOPOLOGY_METHOD`` will be automatically
550 set to hwloc, so there is no need to set it explicitly.
552 For an **explicit hardware subset**, if one or more topology layers detected by the
553 runtime are omitted from the subset, then those topology layers are ignored.
554 Only explicitly specified topology layers are used in the subset.
556 For an **implicit hardware subset**, it is implied that the socket, core, and thread
557 topology types should be included in the subset. Other topology layers are not
558 implicitly included and are ignored if they are not specified in the subset.
559 Because the socket, core and thread topology types are always included in
560 implicit hardware subsets, when they are omitted, it is assumed that all
561 available resources of that type should be used. Implicit hardware subsets are
562 the default.
564 If you don't specify one or more types of resource, such as socket or thread,
565 all available resources of that type are used.
567 The run-time library prints a warning, and the setting of
568 ``KMP_HW_SUBSET`` is ignored if:
570 * a resource is specified, but detection of that resource is not supported
571   by the chosen topology detection method and/or
572 * a resource is specified twice. An exception to this condition is if attributes
573   differentiate the resource.
574 * attributes are used when not detected in the machine topology or conflict with
575   each other.
577 This variable does not work if ``KMP_AFFINITY=disabled``.
579 **Default:** If omitted, the default value is to use all the
580 available hardware resources.
582 **Implicit Hardware Subset Examples:**
584 * ``2s,4c,2t``: Use the first 2 sockets (s0 and s1), the first 4 cores on each
585   socket (c0 - c3), and 2 threads per core.
586 * ``2s@2,4c@8,2t``: Skip the first 2 sockets (s0 and s1) and use 2 sockets
587   (s2-s3), skip the first 8 cores (c0-c7) and use 4 cores on each socket
588   (c8-c11), and use 2 threads per core.
589 * ``5C@1,3T``: Use all available sockets, skip the first core and use 5 cores,
590   and use 3 threads per core.
591 * ``1T``: Use all cores on all sockets, 1 thread per core.
592 * ``1s, 1d, 1n, 1c, 1t``: Use 1 socket, 1 die, 1 NUMA node, 1 core, 1 thread
593   - use HW thread as a result.
594 * ``4c:intel_atom,5c:intel_core``: Use all available sockets and use 4
595   Intel Atom(R) processor cores and 5 Intel(R) Core(TM) processor cores per socket.
596 * ``2c:eff0@1,3c:eff1``: Use all available sockets, skip the first core with efficiency 0
597   and use the next 2 cores with efficiency 0 and 3 cores with efficiency 1 per socket.
598 * ``1s, 1c, 1t``: Use 1 socket, 1 core, 1 thread. This may result in using
599   single thread on a 3-layer topology architecture, or multiple threads on
600   4-layer or 5-layer architecture. Result may even be different on the same
601   architecture, depending on ``KMP_TOPOLOGY_METHOD`` specified, as hwloc can
602   often detect more topology layers than the default method used by the OpenMP
603   run-time library.
604 * ``*c:eff1@3``: Use all available sockets, skip the first three cores of
605   efficiency 1, and then use the rest of the available cores of efficiency 1.
607 Explicit Hardware Subset Examples:
609 * ``:2s,6t`` Use exactly the first two sockets and 6 threads per socket.
610 * ``:1t@7`` Skip the first 7 threads (t0-t6) and use exactly one thread (t7).
611 * ``:5c,1t`` Use exactly the first 5 cores (c0-c4) and the first thread on each core.
613 To see the result of the setting, you can specify ``verbose`` modifier in
614 ``KMP_AFFINITY`` environment variable. The OpenMP run-time library will output
615 to ``stderr`` the information about the discovered hardware topology before and
616 after the ``KMP_HW_SUBSET`` setting was applied.
618 KMP_INHERIT_FP_CONTROL
619 """"""""""""""""""""""
621 Enables (``true``) or disables (``false``) the copying of the floating-point
622 control settings of the primary thread to the floating-point control settings
623 of the OpenMP worker threads at the start of each parallel region.
625 **Default:** ``true``
627 KMP_LIBRARY
628 """""""""""
630 Selects the OpenMP run-time library execution mode. The values for this variable
631 are ``serial``, ``turnaround``, or ``throughput``.
633 | **Default:** ``throughput``
634 | **Related environment variable:** ``KMP_BLOCKTIME`` and ``OMP_WAIT_POLICY``
636 KMP_SETTINGS
637 """"""""""""
639 Enables (``true``) or disables (``false``) the printing of OpenMP run-time library
640 environment variables during program execution. Two lists of variables are printed:
641 user-defined environment variables settings and effective values of variables used
642 by OpenMP run-time library.
644 **Default:** ``false``
646 KMP_STACKSIZE
647 """""""""""""
649 Sets the number of bytes to allocate for each OpenMP thread to use as its private stack.
651 Recommended size is ``16M``.
653 Use the optional suffixes to specify byte units: ``B`` (bytes), ``K`` (Kilobytes),
654 ``M`` (Megabytes), ``G`` (Gigabytes), or ``T`` (Terabytes) to specify the units.
655 If you specify a value without a suffix, the byte unit is assumed to be K (Kilobytes).
657 **Related environment variable:** ``KMP_STACKSIZE`` overrides ``GOMP_STACKSIZE``, which
658 overrides ``OMP_STACKSIZE``.
660 **Default:**
662 * 32-bit architectures: ``2M``
663 * 64-bit architectures: ``4M``
665 KMP_TOPOLOGY_METHOD
666 """""""""""""""""""
668 Forces OpenMP to use a particular machine topology modeling method.
670 Possible values are:
672 * ``all`` - Let OpenMP choose which topology method is most appropriate
673   based on the platform and possibly other environment variable settings.
674 * ``cpuid_leaf31`` (x86 only) - Decodes the APIC identifiers as specified by leaf 31 of the
675   cpuid instruction. The runtime will produce an error if the machine does not support leaf 31.
676 * ``cpuid_leaf11`` (x86 only) - Decodes the APIC identifiers as specified by leaf 11 of the
677   cpuid instruction. The runtime will produce an error if the machine does not support leaf 11.
678 * ``cpuid_leaf4`` (x86 only) - Decodes the APIC identifiers as specified in leaf 4
679   of the cpuid instruction. The runtime will produce an error if the machine does not support leaf 4.
680 * ``cpuinfo`` - If ``KMP_CPUINFO_FILE`` is not specified, forces OpenMP to
681   parse :file:`/proc/cpuinfo` to determine the topology (Linux only).
682   If ``KMP_CPUINFO_FILE`` is specified as described above, uses it (Windows or Linux).
683 * ``group`` - Models the machine as a 2-level map, with level 0 specifying the
684   different processors in a group, and level 1 specifying the different
685   groups (Windows 64-bit only).
687 .. note::
688     Support for group is now deprecated and will be removed in a future release. Use all instead.
690 * ``flat`` - Models the machine as a flat (linear) list of processors.
691 * ``hwloc`` - Models the machine as the Portable Hardware Locality (hwloc) library does.
692   This model is the most detailed and includes, but is not limited to: numa domains,
693   packages, cores, hardware threads, caches, and Windows processor groups. This method is
694   only available if you have configured libomp to use hwloc during CMake configuration.
696 **Default:** all
698 KMP_VERSION
699 """""""""""
701 Enables (``true``) or disables (``false``) the printing of OpenMP run-time
702 library version information during program execution.
704 **Default:** ``false``
706 KMP_WARNINGS
707 """"""""""""
709 Enables (``true``) or disables (``false``) displaying warnings from the
710 OpenMP run-time library during program execution.
712 **Default:** ``true``
714 .. _libomptarget:
716 LLVM/OpenMP Target Host Runtime (``libomptarget``)
717 --------------------------------------------------
719 .. _libopenmptarget_environment_vars:
721 Environment Variables
722 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
724 ``libomptarget`` uses environment variables to control different features of the
725 library at runtime. This allows the user to obtain useful runtime information as
726 well as enable or disable certain features. A full list of supported environment
727 variables is defined below.
729     * ``LIBOMPTARGET_DEBUG=<Num>``
730     * ``LIBOMPTARGET_PROFILE=<Filename>``
731     * ``LIBOMPTARGET_PROFILE_GRANULARITY=<Num> (default 500, in us)``
732     * ``LIBOMPTARGET_MEMORY_MANAGER_THRESHOLD=<Num>``
733     * ``LIBOMPTARGET_INFO=<Num>``
734     * ``LIBOMPTARGET_HEAP_SIZE=<Num>``
735     * ``LIBOMPTARGET_STACK_SIZE=<Num>``
736     * ``LIBOMPTARGET_SHARED_MEMORY_SIZE=<Num>``
737     * ``LIBOMPTARGET_MAP_FORCE_ATOMIC=[TRUE/FALSE] (default TRUE)``
738     * ``LIBOMPTARGET_JIT_OPT_LEVEL={0,1,2,3} (default 3)``
739     * ``LIBOMPTARGET_JIT_SKIP_OPT=[TRUE/FALSE] (default FALSE)``
740     * ``LIBOMPTARGET_JIT_REPLACEMENT_OBJECT=<in:Filename> (object file)``
741     * ``LIBOMPTARGET_JIT_REPLACEMENT_MODULE=<in:Filename> (LLVM-IR file)``
742     * ``LIBOMPTARGET_JIT_PRE_OPT_IR_MODULE=<out:Filename> (LLVM-IR file)``
743     * ``LIBOMPTARGET_JIT_POST_OPT_IR_MODULE=<out:Filename> (LLVM-IR file)``
744     * ``LIBOMPTARGET_MIN_THREADS_FOR_LOW_TRIP_COUNT=<Num> (default: 32)``
745     * ``LIBOMPTARGET_REUSE_BLOCKS_FOR_HIGH_TRIP_COUNT=[TRUE/FALSE] (default TRUE)``
746     * ``OFFLOAD_TRACK_ALLOCATION_TRACES=[TRUE/FALSE] (default FALSE)``
747     * ``OFFLOAD_TRACK_NUM_KERNEL_LAUNCH_TRACES=<Num> (default 0)``
749 LIBOMPTARGET_DEBUG
750 """"""""""""""""""
752 ``LIBOMPTARGET_DEBUG`` controls whether or not debugging information will be
753 displayed. This feature is only available if ``libomptarget`` was built with
754 ``-DOMPTARGET_DEBUG``. The debugging output provided is intended for use by
755 ``libomptarget`` developers. More user-friendly output is presented when using
756 ``LIBOMPTARGET_INFO``.
758 LIBOMPTARGET_PROFILE
759 """"""""""""""""""""
761 ``LIBOMPTARGET_PROFILE`` allows ``libomptarget`` to generate time profile output
762 similar to Clang's ``-ftime-trace`` option. This generates a JSON file based on
763 `Chrome Tracing`_ that can be viewed with ``chrome://tracing`` or the
764 `Speedscope App`_. The output will be saved to the filename specified by the
765 environment variable. For multi-threaded applications, profiling in ``libomp``
766 is also needed. Setting the CMake option ``OPENMP_ENABLE_LIBOMP_PROFILING=ON``
767 to enable the feature. This feature depends on the `LLVM Support Library`_
768 for time trace output. Note that this will turn ``libomp`` into a C++ library.
770 .. _`Chrome Tracing`: https://www.chromium.org/developers/how-tos/trace-event-profiling-tool
772 .. _`Speedscope App`: https://www.speedscope.app/
774 .. _`LLVM Support Library`: https://llvm.org/docs/SupportLibrary.html
776 LIBOMPTARGET_PROFILE_GRANULARITY
777 """"""""""""""""""""""""""""""""
779 ``LIBOMPTARGET_PROFILE_GRANULARITY`` allows to change the time profile
780 granularity measured in `us`. Default is 500 (`us`).
782 LIBOMPTARGET_MEMORY_MANAGER_THRESHOLD
783 """""""""""""""""""""""""""""""""""""
785 ``LIBOMPTARGET_MEMORY_MANAGER_THRESHOLD`` sets the threshold size for which the
786 ``libomptarget`` memory manager will handle the allocation. Any allocations
787 larger than this threshold will not use the memory manager and be freed after
788 the device kernel exits. The default threshold value is ``8KB``. If
789 ``LIBOMPTARGET_MEMORY_MANAGER_THRESHOLD`` is set to ``0`` the memory manager
790 will be completely disabled.
792 .. _libomptarget_info:
794 LIBOMPTARGET_INFO
795 """""""""""""""""
797 ``LIBOMPTARGET_INFO`` allows the user to request different types of runtime
798 information from ``libomptarget``. ``LIBOMPTARGET_INFO`` uses a 32-bit field to
799 enable or disable different types of information. This includes information
800 about data-mappings and kernel execution. It is recommended to build your
801 application with debugging information enabled, this will enable filenames and
802 variable declarations in the information messages. OpenMP Debugging information
803 is enabled at any level of debugging so a full debug runtime is not required.
804 For minimal debugging information compile with `-gline-tables-only`, or compile
805 with `-g` for full debug information. A full list of flags supported by
806 ``LIBOMPTARGET_INFO`` is given below.
808     * Print all data arguments upon entering an OpenMP device kernel: ``0x01``
809     * Indicate when a mapped address already exists in the device mapping table:
810       ``0x02``
811     * Dump the contents of the device pointer map at kernel exit: ``0x04``
812     * Indicate when an entry is changed in the device mapping table: ``0x08``
813     * Print OpenMP kernel information from device plugins: ``0x10``
814     * Indicate when data is copied to and from the device: ``0x20``
816 Any combination of these flags can be used by setting the appropriate bits. For
817 example, to enable printing all data active in an OpenMP target region along
818 with ``CUDA`` information, run the following ``bash`` command.
820 .. code-block:: console
822    $ env LIBOMPTARGET_INFO=$((0x1 | 0x10)) ./your-application
824 Or, to enable every flag run with every bit set.
826 .. code-block:: console
828    $ env LIBOMPTARGET_INFO=-1 ./your-application
830 For example, given a small application implementing the ``ZAXPY`` BLAS routine,
831 ``Libomptarget`` can provide useful information about data mappings and thread
832 usages.
834 .. code-block:: c++
836     #include <complex>
838     using complex = std::complex<double>;
840     void zaxpy(complex *X, complex *Y, complex D, std::size_t N) {
841     #pragma omp target teams distribute parallel for
842       for (std::size_t i = 0; i < N; ++i)
843         Y[i] = D * X[i] + Y[i];
844     }
846     int main() {
847       const std::size_t N = 1024;
848       complex X[N], Y[N], D;
849     #pragma omp target data map(to:X[0 : N]) map(tofrom:Y[0 : N])
850       zaxpy(X, Y, D, N);
851     }
853 Compiling this code targeting ``nvptx64`` with all information enabled will
854 provide the following output from the runtime library.
856 .. code-block:: console
858     $ clang++ -fopenmp -fopenmp-targets=nvptx64 -O3 -gline-tables-only zaxpy.cpp -o zaxpy
859     $ env LIBOMPTARGET_INFO=-1 ./zaxpy
861 .. code-block:: text
863     Info: Entering OpenMP data region at zaxpy.cpp:14:1 with 2 arguments:
864     Info: to(X[0:N])[16384]
865     Info: tofrom(Y[0:N])[16384]
866     Info: Creating new map entry with HstPtrBegin=0x00007fff0d259a40,
867           TgtPtrBegin=0x00007fdba5800000, Size=16384, RefCount=1, Name=X[0:N]
868     Info: Copying data from host to device, HstPtr=0x00007fff0d259a40,
869           TgtPtr=0x00007fdba5800000, Size=16384, Name=X[0:N]
870     Info: Creating new map entry with HstPtrBegin=0x00007fff0d255a40,
871           TgtPtrBegin=0x00007fdba5804000, Size=16384, RefCount=1, Name=Y[0:N]
872     Info: Copying data from host to device, HstPtr=0x00007fff0d255a40,
873           TgtPtr=0x00007fdba5804000, Size=16384, Name=Y[0:N]
874     Info: OpenMP Host-Device pointer mappings after block at zaxpy.cpp:14:1:
875     Info: Host Ptr           Target Ptr         Size (B) RefCount Declaration
876     Info: 0x00007fff0d255a40 0x00007fdba5804000 16384    1        Y[0:N] at zaxpy.cpp:13:17
877     Info: 0x00007fff0d259a40 0x00007fdba5800000 16384    1        X[0:N] at zaxpy.cpp:13:11
878     Info: Entering OpenMP kernel at zaxpy.cpp:6:1 with 4 arguments:
879     Info: firstprivate(N)[8] (implicit)
880     Info: use_address(Y)[0] (implicit)
881     Info: tofrom(D)[16] (implicit)
882     Info: use_address(X)[0] (implicit)
883     Info: Mapping exists (implicit) with HstPtrBegin=0x00007fff0d255a40,
884           TgtPtrBegin=0x00007fdba5804000, Size=0, RefCount=2 (incremented), Name=Y
885     Info: Creating new map entry with HstPtrBegin=0x00007fff0d2559f0,
886           TgtPtrBegin=0x00007fdba5808000, Size=16, RefCount=1, Name=D
887     Info: Copying data from host to device, HstPtr=0x00007fff0d2559f0,
888           TgtPtr=0x00007fdba5808000, Size=16, Name=D
889     Info: Mapping exists (implicit) with HstPtrBegin=0x00007fff0d259a40,
890           TgtPtrBegin=0x00007fdba5800000, Size=0, RefCount=2 (incremented), Name=X
891     Info: Mapping exists with HstPtrBegin=0x00007fff0d255a40,
892           TgtPtrBegin=0x00007fdba5804000, Size=0, RefCount=2 (update suppressed)
893     Info: Mapping exists with HstPtrBegin=0x00007fff0d2559f0,
894           TgtPtrBegin=0x00007fdba5808000, Size=16, RefCount=1 (update suppressed)
895     Info: Mapping exists with HstPtrBegin=0x00007fff0d259a40,
896           TgtPtrBegin=0x00007fdba5800000, Size=0, RefCount=2 (update suppressed)
897     Info: Launching kernel __omp_offloading_10305_c08c86__Z5zaxpyPSt7complexIdES1_S0_m_l6
898           with 8 blocks and 128 threads in SPMD mode
899     Info: Mapping exists with HstPtrBegin=0x00007fff0d259a40,
900           TgtPtrBegin=0x00007fdba5800000, Size=0, RefCount=1 (decremented)
901     Info: Mapping exists with HstPtrBegin=0x00007fff0d2559f0,
902           TgtPtrBegin=0x00007fdba5808000, Size=16, RefCount=1 (deferred final decrement)
903     Info: Copying data from device to host, TgtPtr=0x00007fdba5808000,
904           HstPtr=0x00007fff0d2559f0, Size=16, Name=D
905     Info: Mapping exists with HstPtrBegin=0x00007fff0d255a40,
906           TgtPtrBegin=0x00007fdba5804000, Size=0, RefCount=1 (decremented)
907     Info: Removing map entry with HstPtrBegin=0x00007fff0d2559f0,
908           TgtPtrBegin=0x00007fdba5808000, Size=16, Name=D
909     Info: OpenMP Host-Device pointer mappings after block at zaxpy.cpp:6:1:
910     Info: Host Ptr           Target Ptr         Size (B) RefCount Declaration
911     Info: 0x00007fff0d255a40 0x00007fdba5804000 16384    1        Y[0:N] at zaxpy.cpp:13:17
912     Info: 0x00007fff0d259a40 0x00007fdba5800000 16384    1        X[0:N] at zaxpy.cpp:13:11
913     Info: Exiting OpenMP data region at zaxpy.cpp:14:1 with 2 arguments:
914     Info: to(X[0:N])[16384]
915     Info: tofrom(Y[0:N])[16384]
916     Info: Mapping exists with HstPtrBegin=0x00007fff0d255a40,
917           TgtPtrBegin=0x00007fdba5804000, Size=16384, RefCount=1 (deferred final decrement)
918     Info: Copying data from device to host, TgtPtr=0x00007fdba5804000,
919           HstPtr=0x00007fff0d255a40, Size=16384, Name=Y[0:N]
920     Info: Mapping exists with HstPtrBegin=0x00007fff0d259a40,
921           TgtPtrBegin=0x00007fdba5800000, Size=16384, RefCount=1 (deferred final decrement)
922     Info: Removing map entry with HstPtrBegin=0x00007fff0d255a40,
923           TgtPtrBegin=0x00007fdba5804000, Size=16384, Name=Y[0:N]
924     Info: Removing map entry with HstPtrBegin=0x00007fff0d259a40,
925           TgtPtrBegin=0x00007fdba5800000, Size=16384, Name=X[0:N]
927 From this information, we can see the OpenMP kernel being launched on the CUDA
928 device with enough threads and blocks for all ``1024`` iterations of the loop in
929 simplified :doc:`SPMD Mode <Offloading>`. The information from the OpenMP data
930 region shows the two arrays ``X`` and ``Y`` being copied from the host to the
931 device. This creates an entry in the host-device mapping table associating the
932 host pointers to the newly created device data. The data mappings in the OpenMP
933 device kernel show the default mappings being used for all the variables used
934 implicitly on the device. Because ``X`` and ``Y`` are already mapped in the
935 device's table, no new entries are created. Additionally, the default mapping
936 shows that ``D`` will be copied back from the device once the OpenMP device
937 kernel region ends even though it isn't written to. Finally, at the end of the
938 OpenMP data region the entries for ``X`` and ``Y`` are removed from the table.
940 The information level can be controlled at runtime using an internal
941 libomptarget library call ``__tgt_set_info_flag``. This allows for different
942 levels of information to be enabled or disabled for certain regions of code.
943 Using this requires declaring the function signature as an external function so
944 it can be linked with the runtime library.
946 .. code-block:: c++
948     extern "C" void __tgt_set_info_flag(uint32_t);
950     extern foo();
952     int main() {
953       __tgt_set_info_flag(0x10);
954     #pragma omp target
955       foo();
956     }
958 .. _libopenmptarget_errors:
960 Errors:
961 ^^^^^^^
963 ``libomptarget`` provides error messages when the program fails inside the
964 OpenMP target region. Common causes of failure could be an invalid pointer
965 access, running out of device memory, or trying to offload when the device is
966 busy. If the application was built with debugging symbols the error messages
967 will additionally provide the source location of the OpenMP target region.
969 For example, consider the following code that implements a simple parallel
970 reduction on the GPU. This code has a bug that causes it to fail in the
971 offloading region.
973 .. code-block:: c++
975     #include <cstdio>
977     double sum(double *A, std::size_t N) {
978       double sum = 0.0;
979     #pragma omp target teams distribute parallel for reduction(+:sum)
980       for (int i = 0; i < N; ++i)
981         sum += A[i];
983       return sum;
984     }
986     int main() {
987       const int N = 1024;
988       double A[N];
989       sum(A, N);
990     }
992 If this code is compiled and run, there will be an error message indicating what is
993 going wrong.
995 .. code-block:: console
997     $ clang++ -fopenmp -fopenmp-targets=nvptx64 -O3 -gline-tables-only sum.cpp -o sum
998     $ ./sum
1000 .. code-block:: text
1002     CUDA error: an illegal memory access was encountered
1003     Libomptarget error: Copying data from device failed.
1004     Libomptarget error: Call to targetDataEnd failed, abort target.
1005     Libomptarget error: Failed to process data after launching the kernel.
1006     Libomptarget error: Consult https://openmp.llvm.org/design/Runtimes.html for debugging options.
1007     sum.cpp:5:1: Libomptarget error 1: failure of target construct while offloading is mandatory
1009 This shows that there is an illegal memory access occurring inside the OpenMP
1010 target region once execution has moved to the CUDA device, suggesting a
1011 segmentation fault. This then causes a chain reaction of failures in
1012 ``libomptarget``. Another message suggests using the ``LIBOMPTARGET_INFO``
1013 environment variable as described in :ref:`libopenmptarget_environment_vars`. If
1014 we do this it will print the sate of the host-target pointer mappings at the
1015 time of failure.
1017 .. code-block:: console
1019     $ clang++ -fopenmp -fopenmp-targets=nvptx64 -O3 -gline-tables-only sum.cpp -o sum
1020     $ env LIBOMPTARGET_INFO=4 ./sum
1022 .. code-block:: text
1024     info: OpenMP Host-Device pointer mappings after block at sum.cpp:5:1:
1025     info: Host Ptr           Target Ptr         Size (B) RefCount Declaration
1026     info: 0x00007ffc058280f8 0x00007f4186600000 8        1        sum at sum.cpp:4:10
1028 This tells us that the only data mapped between the host and the device is the
1029 ``sum`` variable that will be copied back from the device once the reduction has
1030 ended. There is no entry mapping the host array ``A`` to the device. In this
1031 situation, the compiler cannot determine the size of the array at compile time
1032 so it will simply assume that the pointer is mapped on the device already by
1033 default. The solution is to add an explicit map clause in the target region.
1035 .. code-block:: c++
1037     double sum(double *A, std::size_t N) {
1038       double sum = 0.0;
1039     #pragma omp target teams distribute parallel for reduction(+:sum) map(to:A[0 : N])
1040       for (int i = 0; i < N; ++i)
1041         sum += A[i];
1043       return sum;
1044     }
1046 LIBOMPTARGET_STACK_SIZE
1047 """""""""""""""""""""""
1049 This environment variable sets the stack size in bytes for the AMDGPU and CUDA
1050 plugins. This can be used to increase or decrease the standard amount of memory
1051 reserved for each thread's stack.
1053 LIBOMPTARGET_HEAP_SIZE
1054 """""""""""""""""""""""
1056 This environment variable sets the amount of memory in bytes that can be
1057 allocated using ``malloc`` and ``free`` for the CUDA plugin. This is necessary
1058 for some applications that allocate too much memory either through the user or
1059 globalization.
1061 LIBOMPTARGET_SHARED_MEMORY_SIZE
1062 """""""""""""""""""""""""""""""
1064 This environment variable sets the amount of dynamic shared memory in bytes used
1065 by the kernel once it is launched. A pointer to the dynamic memory buffer can be
1066 accessed using the ``llvm_omp_target_dynamic_shared_alloc`` function. An example
1067 is shown in :ref:`libomptarget_dynamic_shared`.
1069 .. toctree::
1070    :hidden:
1071    :maxdepth: 1
1073    Offloading
1076 LIBOMPTARGET_MAP_FORCE_ATOMIC
1077 """""""""""""""""""""""""""""
1079 The OpenMP standard guarantees that map clauses are atomic. However, the this
1080 can have a drastic performance impact. Users that do not require atomic map
1081 clauses can disable them to potentially recover lost performance. As a
1082 consequence, users have to guarantee themselves that no two map clauses will
1083 concurrently map the same memory. If the memory is already mapped and the
1084 map clauses will only modify the reference counter from a non-zero count to
1085 another non-zero count, concurrent map clauses are supported regardless of
1086 this option. To disable forced atomic map clauses use "false"/"FALSE" as the
1087 value of the ``LIBOMPTARGET_MAP_FORCE_ATOMIC`` environment variable.
1088 The default behavior of LLVM 14 is to force atomic maps clauses, prior versions
1089 of LLVM did not.
1091 .. _libomptarget_jit_opt_level:
1093 LIBOMPTARGET_JIT_OPT_LEVEL
1094 """"""""""""""""""""""""""
1096 This environment variable can be used to change the optimization pipeline used
1097 to optimize the embedded device code as part of the device JIT. The value is
1098 corresponds to the ``-O{0,1,2,3}`` command line argument passed to ``clang``.
1100 LIBOMPTARGET_JIT_SKIP_OPT
1101 """"""""""""""""""""""""""
1103 This environment variable can be used to skip the optimization pipeline during
1104 JIT compilation. If set, the image will only be passed through the backend. The
1105 backend is invoked with the ``LIBOMPTARGET_JIT_OPT_LEVEL`` flag.
1107 LIBOMPTARGET_JIT_REPLACEMENT_OBJECT
1108 """""""""""""""""""""""""""""""""""
1110 This environment variable can be used to replace the embedded device code
1111 before the device JIT finishes compilation for the target. The value is
1112 expected to be a filename to an object file, thus containing the output of the
1113 assembler in object format for the respective target. The JIT optimization
1114 pipeline and backend are skipped and only target specific post-processing is
1115 performed on the object file before it is loaded onto the device.
1117 .. _libomptarget_jit_replacement_module:
1119 LIBOMPTARGET_JIT_REPLACEMENT_MODULE
1120 """""""""""""""""""""""""""""""""""
1122 This environment variable can be used to replace the embedded device code
1123 before the device JIT finishes compilation for the target. The value is
1124 expected to be a filename to an LLVM-IR file, thus containing an LLVM-IR module
1125 for the respective target. To obtain a device code image compatible with the
1126 embedded one it is recommended to extract the embedded one either before or
1127 after IR optimization. This can be done at compile time, after compile time via
1128 llvm tools (llvm-objdump), or, simply, by setting the
1129 :ref:`LIBOMPTARGET_JIT_PRE_OPT_IR_MODULE` or
1130 :ref:`LIBOMPTARGET_JIT_POST_OPT_IR_MODULE` environment variables.
1132 .. _libomptarget_jit_pre_opt_ir_module:
1134 LIBOMPTARGET_JIT_PRE_OPT_IR_MODULE
1135 """"""""""""""""""""""""""""""""""
1137 This environment variable can be used to extract the embedded device code
1138 before the device JIT runs additional IR optimizations on it (see
1139 :ref:`LIBOMPTARGET_JIT_OPT_LEVEL`). The value is expected to be a filename into
1140 which the LLVM-IR module is written. The module can be the analyzed, and
1141 transformed and loaded back into the JIT pipeline via
1142 :ref:`LIBOMPTARGET_JIT_REPLACEMENT_MODULE`.
1144 .. _libomptarget_jit_post_opt_ir_module:
1146 LIBOMPTARGET_JIT_POST_OPT_IR_MODULE
1147 """""""""""""""""""""""""""""""""""
1149 This environment variable can be used to extract the embedded device code after
1150 the device JIT runs additional IR optimizations on it (see
1151 :ref:`LIBOMPTARGET_JIT_OPT_LEVEL`). The value is expected to be a filename into
1152 which the LLVM-IR module is written. The module can be the analyzed, and
1153 transformed and loaded back into the JIT pipeline via
1154 :ref:`LIBOMPTARGET_JIT_REPLACEMENT_MODULE`.
1157 LIBOMPTARGET_MIN_THREADS_FOR_LOW_TRIP_COUNT
1158 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
1160 This environment variable defines a lower bound for the number of threads if a
1161 combined kernel, e.g., `target teams distribute parallel for`, has insufficient
1162 parallelism. Especially if the trip count of the loops is lower than the number
1163 of threads possible times the number of teams (aka. blocks) the device prefers
1164 (see also :ref:`LIBOMPTARGET_AMDGPU_TEAMS_PER_CU`), we will reduce the thread
1165 count to increase outer (team/block) parallelism. The thread count will never
1166 be reduced below the value passed for this environment variable though.
1168 LIBOMPTARGET_REUSE_BLOCKS_FOR_HIGH_TRIP_COUNT
1169 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
1171 This environment variable can be used to control how the OpenMP runtime assigns
1172 blocks to loops with high trip counts. By default we reuse existing blocks
1173 rather than spawning new blocks.
1175 OFFLOAD_TRACK_ALLOCATION_TRACES
1176 """""""""""""""""""""""""""""""
1178 This environment variable determines if the stack traces of allocations and
1179 deallocations are tracked to aid in error reporting, e.g., in case of
1180 double-free.
1182 OFFLOAD_TRACK_KERNEL_LAUNCH_TRACES
1183 """"""""""""""""""""""""""""""""""
1185 This environment variable determines how manytstack traces of kernel launches
1186 are tracked to aid in error reporting, e.g., what asynchronous kernel failed.
1188 .. _libomptarget_plugin:
1190 LLVM/OpenMP Target Host Runtime Plugins (``libomptarget.rtl.XXXX``)
1191 -------------------------------------------------------------------
1193 The LLVM/OpenMP target host runtime plugins were recently re-implemented,
1194 temporarily renamed as the NextGen plugins, and set as the default and only
1195 plugins' implementation. Currently, these plugins have support for the NVIDIA
1196 and AMDGPU devices as well as the GenericELF64bit host-simulated device.
1198 The source code of the common infrastructure and the vendor-specific plugins is
1199 in the ``openmp/libomptarget/nextgen-plugins`` directory in the LLVM project
1200 repository. The plugin infrastructure aims at unifying the plugin code and logic
1201 into a generic interface using object-oriented C++. There is a plugin interface
1202 composed by multiple generic C++ classes which implement the common logic that
1203 every vendor-specific plugin should provide. In turn, the specific plugins
1204 inherit from those generic classes and implement the required functions that
1205 depend on the specific vendor API. As an example, some generic classes that the
1206 plugin interface define are for representing a device, a device image, an
1207 efficient resource manager, etc.
1209 With this common plugin infrastructure, several tasks have been simplified:
1210 adding a new vendor-specific plugin, adding generic features or optimizations
1211 to all plugins, debugging plugins, etc.
1213 Environment Variables
1214 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1216 There are several environment variables to change the behavior of the plugins:
1218 * ``LIBOMPTARGET_SHARED_MEMORY_SIZE``
1219 * ``LIBOMPTARGET_STACK_SIZE``
1220 * ``LIBOMPTARGET_HEAP_SIZE``
1221 * ``LIBOMPTARGET_NUM_INITIAL_STREAMS``
1222 * ``LIBOMPTARGET_NUM_INITIAL_EVENTS``
1223 * ``LIBOMPTARGET_LOCK_MAPPED_HOST_BUFFERS``
1224 * ``LIBOMPTARGET_AMDGPU_NUM_HSA_QUEUES``
1225 * ``LIBOMPTARGET_AMDGPU_HSA_QUEUE_SIZE``
1226 * ``LIBOMPTARGET_AMDGPU_HSA_QUEUE_BUSY_TRACKING``
1227 * ``LIBOMPTARGET_AMDGPU_TEAMS_PER_CU``
1228 * ``LIBOMPTARGET_AMDGPU_MAX_ASYNC_COPY_BYTES``
1229 * ``LIBOMPTARGET_AMDGPU_NUM_INITIAL_HSA_SIGNALS``
1230 * ``LIBOMPTARGET_AMDGPU_STREAM_BUSYWAIT``
1232 The environment variables ``LIBOMPTARGET_SHARED_MEMORY_SIZE``,
1233 ``LIBOMPTARGET_STACK_SIZE`` and ``LIBOMPTARGET_HEAP_SIZE`` are described in
1234 :ref:`libopenmptarget_environment_vars`.
1236 LIBOMPTARGET_NUM_INITIAL_STREAMS
1237 """"""""""""""""""""""""""""""""
1239 This environment variable sets the number of pre-created streams in the plugin
1240 (if supported) at initialization. More streams will be created dynamically
1241 throughout the execution if needed. A stream is a queue of asynchronous
1242 operations (e.g., kernel launches and memory copies) that are executed
1243 sequentially. Parallelism is achieved by featuring multiple streams. The
1244 ``libomptarget`` leverages streams to exploit parallelism between plugin
1245 operations. The default value is ``1``, more streams are created as needed.
1247 LIBOMPTARGET_NUM_INITIAL_EVENTS
1248 """""""""""""""""""""""""""""""
1250 This environment variable sets the number of pre-created events in the
1251 plugin (if supported) at initialization. More events will be created
1252 dynamically throughout the execution if needed. An event is used to synchronize
1253 a stream with another efficiently. The default value is ``1``, more events are
1254 created as needed.
1256 LIBOMPTARGET_LOCK_MAPPED_HOST_BUFFERS
1257 """""""""""""""""""""""""""""""""""""
1259 This environment variable indicates whether the host buffers mapped by the user
1260 should be automatically locked/pinned by the plugin. Pinned host buffers allow
1261 true asynchronous copies between the host and devices. Enabling this feature can
1262 increase the performance of applications that are intensive in host-device
1263 memory transfers. The default value is ``false``.
1265 LIBOMPTARGET_AMDGPU_NUM_HSA_QUEUES
1266 """"""""""""""""""""""""""""""""""
1268 This environment variable controls the number of HSA queues per device in the
1269 AMDGPU plugin. An HSA queue is a runtime-allocated resource that contains an
1270 AQL (Architected Queuing Language) packet buffer and is associated with an AQL
1271 packet processor. HSA queues are used for inserting kernel packets to launching
1272 kernel executions. A high number of HSA queues may degrade the performance. The
1273 default value is ``4``.
1275 LIBOMPTARGET_AMDGPU_HSA_QUEUE_SIZE
1276 """"""""""""""""""""""""""""""""""
1278 This environment variable controls the size of each HSA queue in the AMDGPU
1279 plugin. The size is the number of AQL packets an HSA queue is expected to hold.
1280 It is also the number of AQL packets that can be pushed into each queue without
1281 waiting the driver to process them. The default value is ``512``.
1283 LIBOMPTARGET_AMDGPU_HSA_QUEUE_BUSY_TRACKING
1284 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
1286 This environment variable controls if idle HSA queues will be preferentially
1287 assigned to streams, for example when they are requested for a kernel launch.
1288 Should all queues be considered busy, a new queue is initialized and returned,
1289 until we reach the set maximum. Otherwise, we will select the least utilized
1290 queue. If this is disabled, each time a stream is requested a new HSA queue
1291 will be initialized, regardless of their utilization. Additionally, queues will
1292 be selected using round robin selection. The default value is ``true``.
1294 .. _libomptarget_amdgpu_teams_per_cu:
1296 LIBOMPTARGET_AMDGPU_TEAMS_PER_CU
1297 """"""""""""""""""""""""""""""""
1299 This environment variable controls the default number of teams relative to the
1300 number of compute units (CUs) of the AMDGPU device. The default number of teams
1301 is ``#default_teams = #teams_per_CU * #CUs``. The default value of teams per CU
1302 is ``4``.
1304 LIBOMPTARGET_AMDGPU_MAX_ASYNC_COPY_BYTES
1305 """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""
1307 This environment variable specifies the maximum size in bytes where the memory
1308 copies are asynchronous operations in the AMDGPU plugin. Up to this transfer
1309 size, the memory copies are asynchronous operations pushed to the corresponding
1310 stream. For larger transfers, they are synchronous transfers. Memory copies
1311 involving already locked/pinned host buffers are always asynchronous. The default
1312 value is ``1*1024*1024`` bytes (1 MB).
1314 LIBOMPTARGET_AMDGPU_NUM_INITIAL_HSA_SIGNALS
1315 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
1317 This environment variable controls the initial number of HSA signals per device
1318 in the AMDGPU plugin. There is one resource manager of signals per device
1319 managing several pre-created signals. These signals are mainly used by AMDGPU
1320 streams. More HSA signals will be created dynamically throughout the execution
1321 if needed. The default value is ``64``.
1323 LIBOMPTARGET_AMDGPU_STREAM_BUSYWAIT
1324 """""""""""""""""""""""""""""""""""
1326 This environment variable controls the timeout hint in microseconds for the
1327 HSA wait state within the AMDGPU plugin. For the duration of this value
1328 the HSA runtime may busy wait. This can reduce overall latency.
1329 The default value is ``2000000``.
1331 .. _remote_offloading_plugin:
1333 Remote Offloading Plugin:
1334 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1336 The remote offloading plugin permits the execution of OpenMP target regions
1337 on devices in remote hosts in addition to the devices connected to the local
1338 host. All target devices on the remote host will be exposed to the
1339 application as if they were local devices, that is, the remote host CPU or
1340 its GPUs can be offloaded to with the appropriate device number. If the
1341 server is running on the same host, each device may be identified twice:
1342 once through the device plugins and once through the device plugins that the
1343 server application has access to.
1345 This plugin consists of ``libomptarget.rtl.rpc.so`` and
1346 ``openmp-offloading-server`` which should be running on the (remote) host. The
1347 server application does not have to be running on a remote host, and can
1348 instead be used on the same host in order to debug memory mapping during offloading.
1349 These are implemented via gRPC/protobuf so these libraries are required to
1350 build and use this plugin. The server must also have access to the necessary
1351 target-specific plugins in order to perform the offloading.
1353 Due to the experimental nature of this plugin, the CMake variable
1354 ``LIBOMPTARGET_ENABLE_EXPERIMENTAL_REMOTE_PLUGIN`` must be set in order to
1355 build this plugin. For example, the rpc plugin is not designed to be
1356 thread-safe, the server cannot concurrently handle offloading from multiple
1357 applications at once (it is synchronous) and will terminate after a single
1358 execution. Note that ``openmp-offloading-server`` is unable to
1359 remote offload onto a remote host itself and will error out if this is attempted.
1361 Remote offloading is configured via environment variables at runtime of the OpenMP application:
1362     * ``LIBOMPTARGET_RPC_ADDRESS=<Address>:<Port>``
1363     * ``LIBOMPTARGET_RPC_ALLOCATOR_MAX=<NumBytes>``
1364     * ``LIBOMPTARGET_BLOCK_SIZE=<NumBytes>``
1365     * ``LIBOMPTARGET_RPC_LATENCY=<Seconds>``
1367 LIBOMPTARGET_RPC_ADDRESS
1368 """"""""""""""""""""""""
1369 The address and port at which the server is running. This needs to be set for
1370 the server and the application, the default is ``0.0.0.0:50051``. A single
1371 OpenMP executable can offload onto multiple remote hosts by setting this to
1372 comma-separated values of the addresses.
1374 LIBOMPTARGET_RPC_ALLOCATOR_MAX
1375 """"""""""""""""""""""""""""""
1376 After allocating this size, the protobuf allocator will clear. This can be set for both endpoints.
1378 LIBOMPTARGET_BLOCK_SIZE
1379 """""""""""""""""""""""
1380 This is the maximum size of a single message while streaming data transfers between the two endpoints and can be set for both endpoints.
1382 LIBOMPTARGET_RPC_LATENCY
1383 """"""""""""""""""""""""
1384 This is the maximum amount of time the client will wait for a response from the server.
1387 .. _libomptarget_libc:
1389 LLVM/OpenMP support for C library routines
1390 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1392 Support for calling standard C library routines on GPU targets is provided by
1393 the `LLVM C Library <https://libc.llvm.org/gpu/>`_. This project provides two
1394 static libraries, ``libcgpu.a`` and ``libllvmlibc_rpc_server.a``, which are used
1395 by the OpenMP runtime to provide ``libc`` support. The ``libcgpu.a`` library
1396 contains the GPU device code, while ``libllvmlibc_rpc_server.a`` provides the
1397 interface to the RPC interface. More information on the RPC construction can be
1398 found in the `associated documentation <https://libc.llvm.org/gpu/rpc.html>`_.
1400 To provide host services, we run an RPC server inside of the runtime. This
1401 allows the host to respond to requests made from the GPU asynchronously. For
1402 ``libc`` calls that require an RPC server, such as printing, an external handle
1403 to the RPC client running on the GPU will be present in the GPU executable. If
1404 we find this symbol, we will initialize a client and server and run it in the
1405 background while the kernel is executing.
1407 For example, consider the following simple OpenMP offloading code. Here we will
1408 simply print a string to the user from the GPU.
1410 .. code-block:: c++
1412    #include <stdio.h>
1414    int main() {
1415     #pragma omp target
1416       { fputs("Hello World!\n", stderr); }
1417    }
1419 We can compile this using the ``libcgpu.a`` library to resolve the symbols.
1420 Because this function requires RPC support, this will also pull in an externally
1421 visible symbol called ``__llvm_libc_rpc_client`` into the device image. When
1422 loading the device image, the runtime will check for this symbol and initialize
1423 an RPC interface if it is found. The following example shows the RPC server
1424 being used.
1426 .. code-block:: console
1428     $ clang++ hello.c -fopenmp --offload-arch=gfx90a -lcgpu
1429     $ env LIBOMPTARGET_DEBUG=1 ./a.out
1430     PluginInterface --> Running an RPC server on device 0
1431     ...
1432     Hello World!
1434 .. _libomptarget_device:
1436 LLVM/OpenMP Target Device Runtime (``libomptarget-ARCH-SUBARCH.bc``)
1437 --------------------------------------------------------------------
1439 The target device runtime is an LLVM bitcode library that implements OpenMP
1440 runtime functions on the target device. It is linked with the device code's LLVM
1441 IR during compilation.
1443 .. _libomptarget_dynamic_shared:
1445 Dynamic Shared Memory
1446 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1448 The target device runtime contains a pointer to the dynamic shared memory
1449 buffer. This pointer can be obtained using the
1450 ``llvm_omp_target_dynamic_shared_alloc`` extension. If this function is called
1451 from the host it will simply return a null pointer. In order to use this buffer
1452 the kernel must be launched with an adequate amount of dynamic shared memory
1453 allocated. This can be done using the ``LIBOMPTARGET_SHARED_MEMORY_SIZE``
1454 environment variable or the ``ompx_dyn_cgroup_mem(<N>)`` target directive
1455 clause. Examples for both are given below.
1457 .. code-block:: c++
1459     void foo() {
1460       int x;
1461     #pragma omp target parallel map(from : x)
1462       {
1463         int *buf = llvm_omp_target_dynamic_shared_alloc();
1464         if (omp_get_thread_num() == 0)
1465           *buf = 1;
1466     #pragma omp barrier
1467         if (omp_get_thread_num() == 1)
1468           x = *buf;
1469       }
1470       assert(x == 1);
1471     }
1473 .. code-block:: console
1475     $ clang++ -fopenmp --offload-arch=sm_80 -O3 shared.c
1476     $ env LIBOMPTARGET_SHARED_MEMORY_SIZE=256 ./shared
1478 .. code-block:: c++
1480     void foo(int N) {
1481       int x;
1482     #pragma omp target parallel map(from : x) ompx_dyn_cgroup_mem(N * sizeof(int))
1483       {
1484         int *buf = llvm_omp_target_dynamic_shared_alloc();
1485         if (omp_get_thread_num() == 0)
1486           buf[N - 1] = 1;
1487     #pragma omp barrier
1488         if (omp_get_thread_num() == 1)
1489           x = buf[N - 1];
1490       }
1491       assert(x == 1);
1492     }
1494 .. code-block:: console
1496     $ clang++ -fopenmp --offload-arch=gfx90a -O3 shared.c
1497     $ env ./shared
1499 .. _libomptarget_device_allocator:
1501 Device Allocation
1502 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1504 The device runtime supports basic runtime allocation via the ``omp_alloc`` 
1505 function. Currently, this allocates global memory for all default traits. Access 
1506 modifiers are currently not supported and return a null pointer.
1508 .. _libomptarget_device_debugging:
1510 Debugging
1511 ^^^^^^^^^
1513 The device runtime supports debugging in the runtime itself. This is configured
1514 at compile-time using the flag ``-fopenmp-target-debug=<N>`` rather than using a
1515 separate debugging build. If debugging is not enabled, the debugging paths will
1516 be considered trivially dead and removed by the compiler with zero overhead.
1517 Debugging is enabled at runtime by running with the environment variable
1518 ``LIBOMPTARGET_DEVICE_RTL_DEBUG=<N>`` set. The number set is a 32-bit field used
1519 to selectively enable and disable different features.  Currently, the following
1520 debugging features are supported.
1522     * Enable debugging assertions in the device. ``0x01``
1523     * Enable diagnosing common problems during offloading . ``0x4``
1524     * Enable device malloc statistics (amdgpu only). ``0x8``