Itanium 2上編譯器性能調(diào)優(yōu)方法的研究.pdf

1、編譯器是一種將高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言編寫的源程序轉(zhuǎn)化為語義等價(jià)的機(jī)器語言程序的系統(tǒng)軟件。在這個(gè)過程中，編譯器常常會(huì)對(duì)于輸入代碼進(jìn)行優(yōu)化，從而可以得到更好的性能或者是減少生成的代碼大小等。通常對(duì)于通用處理器的編譯器，性能往往是最重要的目標(biāo)。開發(fā)編譯器的種種優(yōu)化的最終目的都是為了提高程序的性能。然而，在編譯器的開發(fā)過程中，我們常常會(huì)遇到這樣一種情況：在經(jīng)歷了很長時(shí)間的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)之后，編譯器可以正常運(yùn)行，但是卻達(dá)不到預(yù)期的優(yōu)化效果，有些時(shí)候性能甚至

2、出現(xiàn)了下降的情況。在這種情況下，我們就需要對(duì)基準(zhǔn)測試用例進(jìn)行分析來找出性能下降的原因。該過程我們稱為性能分析。性能分析的主要目的是找到現(xiàn)有程序的瓶頸之處，通過對(duì)這些地方的編譯優(yōu)化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有優(yōu)化的不足并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，從而獲得性能提升。 Itanium 2是由Intel以及HP公司聯(lián)合推出的一款用于高性能服務(wù)器的64位通用處理器。Itanium 2采用的是顯式指令集并行(Explicitly Parallel Instruc

3、tion Com-puting,EPIC)結(jié)構(gòu)。EPIC結(jié)構(gòu)中軟硬件接口可以使得軟件更好地發(fā)掘編譯時(shí)信息并有效地將這些信息傳遞給硬件。EPIC結(jié)構(gòu)提供了強(qiáng)大的硬件支持使得編譯器能夠在很大范圍內(nèi)的代碼作全局優(yōu)化。這些優(yōu)化可以使得指令級(jí)并行性(Instruction LevelParallelism,ILP)更好地暴露給硬件，從而可以使得硬件資源得到更好的利用。同時(shí)，對(duì)于編譯好的代碼，EPIC結(jié)構(gòu)可以很好地進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)優(yōu)化。這樣使得軟件以

4、及硬件的聯(lián)系更加緊密，從而使得編譯器的地位更加重要。 本論文主要討論Itanium 2處理器上的編譯器的性能分析與調(diào)優(yōu)方法。論文首先介紹了性能分析與調(diào)優(yōu)的基本過程以及其意義。之后，我們介紹了Itanium 2上用于性能分析與調(diào)優(yōu)的常見工具以及Itanium 2本身對(duì)于性能分析和調(diào)優(yōu)提供的硬件支持。在此基礎(chǔ)上，論文討論了Itanium 2上的性能分析以及調(diào)優(yōu)的基本方法以及步驟。最后，我們給出了具體的調(diào)優(yōu)實(shí)例。我們主要的調(diào)優(yōu)對(duì)象是開

5、放源代碼編譯器ORC(OpenResearch Compiler)。通過利用Itanium 2提供的硬件計(jì)數(shù)器及其豐富的性能監(jiān)測與分析工具，我們對(duì)于SPEC CPU2000中的mgrid浮點(diǎn)程序進(jìn)行調(diào)優(yōu)。通過調(diào)優(yōu)，我們發(fā)現(xiàn)： 1.ORC編譯器中產(chǎn)生局部性提示的部分可以被改進(jìn)。目前，ORC對(duì)所有的預(yù)取指令都產(chǎn)生nta的局部性提示。這里，nta表示在所有的存儲(chǔ)層次上都沒有時(shí)間局部性。對(duì)于浮點(diǎn)程序，大部分預(yù)取都是在循環(huán)中進(jìn)行的。很顯然

6、，nta不太符合這種 情況。 2.ORC編譯器的代碼生成部分沒有很好的利用Itanium 2體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。一個(gè)例子就是lfetch指令(預(yù)取指令)的自增模式。在該模式下，每次lfetch指令在預(yù)取之后可以自動(dòng)對(duì)目標(biāo)地址增加一個(gè)常數(shù)。這樣可以減少對(duì)寄存器的使用，同時(shí)也減少生成的代碼大小。 3．在寄存器分配中，活躍區(qū)間的分裂算法過于激進(jìn)。這會(huì)導(dǎo)致一些冗余的拷貝指令被插入。 4．預(yù)取在Itanium 2體系結(jié)構(gòu)上占