基于LLVM的科學(xué)計(jì)算程序自動性能預(yù)測研究.pdf

1、得益于計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，現(xiàn)在大規(guī)模計(jì)算和并行計(jì)算得到了空前的關(guān)注。其相關(guān)配套的性能分析和評測技術(shù)也提上議程?？茖W(xué)計(jì)算并行程序(下簡稱科學(xué)程序)的分析顯然和以前的單進(jìn)程程序有所區(qū)別?？茖W(xué)程序通常有計(jì)算密集、高度并行、很少依賴第三方庫等特點(diǎn)?？茖W(xué)程序的并行通常是SPMD(Single Program Multiple Data)類型，常用MPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)。
　　性能模型用于描述程序的特征。最直接的即是預(yù)測程序的執(zhí)行時(shí)間，常為一組公式。而

2、這里用一個(gè)起名為DwarfCode(下簡稱 DC)的程序作為性能模型來預(yù)測程序執(zhí)行時(shí)間。DC是在原程序的基礎(chǔ)上結(jié)合LLVM和編譯技術(shù)來生成的。在IR階段通過分析程序里的循環(huán)次數(shù)結(jié)合 LLVM的靜態(tài)分支概率，生成計(jì)算每個(gè)基本塊次數(shù)的指令并進(jìn)行插樁；然后使用視點(diǎn)提升算法來調(diào)整插樁位置，同時(shí)尋找通信語句并生成計(jì)算通信量的指令來插樁。之后分析數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行刪減，從而使得執(zhí)行 DC花費(fèi)的時(shí)間比原程序少，體現(xiàn)預(yù)測性。由于從原程序中刪減得來，DC的輸入

3、和原來一致。運(yùn)行DC生成包含預(yù)測的基本塊次數(shù)的profiling文件，再結(jié)合機(jī)器特征能計(jì)算出預(yù)測的原程序執(zhí)行時(shí)間。以及更為細(xì)致的預(yù)測的每個(gè)基本塊執(zhí)行次數(shù)和每個(gè)函數(shù)的時(shí)間，總共通信所花費(fèi)的時(shí)間等等。
　　本文最大的貢獻(xiàn)是提出了視點(diǎn)的概念，將靜態(tài)分析方法和動態(tài)EdgeProfiling方法兩個(gè)極端有機(jī)地統(tǒng)一起來。提出靜態(tài)性等于預(yù)測性，動態(tài)性等于準(zhǔn)確性的觀點(diǎn)。本文最大的創(chuàng)新之處在于拋棄編譯優(yōu)化等價(jià)變換的固有觀念，采用破壞性的刪減的方法，

4、在盡量不改變程序特征的前提下拋棄程序的輸出結(jié)果，刪減計(jì)算部分代碼，運(yùn)行DC的時(shí)間更少。提出預(yù)測代價(jià)和預(yù)測性價(jià)比的概念，指出在性價(jià)比大于1的時(shí)候，才有實(shí)施預(yù)測的意義。
　　本文指出性能模型由程序特征和機(jī)器特征所決定，將兩者分離從而使得DC的輸出滿足遷移性，和目標(biāo)平臺無關(guān)。DC執(zhí)行簡單，使用方便。無需任何相關(guān)領(lǐng)域知識，無需任何參數(shù)設(shè)定，無需任何配置文件，無需了解代碼結(jié)構(gòu)。無需預(yù)先做任何訓(xùn)練。不僅磁盤空間開銷小，而且時(shí)間開銷和內(nèi)存開銷相