第5章——优化程序性能

优化编译器的能力和局限性

• 以选项-Og调用gcc让gcc使用一组基本的优化，选项-O1或更高会让它使用更大量的优化
• 局限性：1.内存别名使用，两个指针指向同一个内存位置 2.函数调用，改变调用次数会改变程序的行为

表示程序性能

• 使用每元素的周期数（CPE）来表示程序性能，优化程序的目标是减小CPE

消除循环的低效率

• 代码移动：识别执行多次但是计算结果不会改变的计算
• 频繁读取内存导致执行时间变长

减少过程调用

理解现代处理器

• 处理器的整体设计主要分为两部分：指令控制单元（ICU）：负责从内存中读出指令序列，执行单元（EU）负责执行这些操作
• 投机执行：处理器会开始取出位于它预测的分支会跳转到的地方的指令
• 延迟：表示完成运算所需要的总时间
• 发射时间：表示两个连续的同类型的运算之间需要的最小时钟周期数
• 容量：表示能够执行该运算的功能单元的数量
• 延迟界限：一系列操作必须按照严格顺序执行
• 吞吐量界限：根据功能单元产生结果的最大速率给出的CPE最小界限
• 对于形成循环的代码片段，寄存器分为四类：
  • 只读：在循环中不被修改
  • 只写：作为数据传送操作
  • 局部：在循环内部被修改，迭代与迭代之间不相关
  • 循环：一次接待中产生的值会在另一次迭代中用到

循环展开

• 循环展开是一种程序变换，通过增加每次迭代计算的元素的数量，减少循环的迭代次数

提高并行性

• 2*2循环展开，使用两次循环展开，使每次迭代合并更多的元素，关键路径为两条
• 2*1a循环展开，称为重新结合变换，每次迭代内的第一个乘法不需要等待前一次的累积值就可以执行

一些限制因素

• 寄存器溢出：并行度超过了可用的寄存器数量
• 分支预测和预测错误处罚

理解内存性能

• 加载的性能
• 储存的性能，写/读相关

性能提高

• 高级设计：第一是针对具体的问题选择适当的算法和数据结构
• 基本编码原则：第二是遵循一些基本的编码规则
• 低级优化：第三是根据硬件的设计，利用循环展开等技术来提高指令集并行