LIPO-基于编译器技术自定义反馈的轻量级IPO

LIPO-基于编译器技术自定义反馈的轻量级IPO

概述和动机

提高应用程序性能的两种最重要的编译器技术是CMO/IPO（跨模块优化）和FDO（反馈定向优化）。IPO已被证明是提高应用程序性能的一种非常有效的优化技术。在IPO中的所有代码转换中，跨模块内联（CMI）是最重要的转换之一。CMI消除了在单个模块编译中不可能存在的过程边界。由于消除了调用开销、增加了上下文敏感性、更大的优化区域和更大的调度区域，过程边界消除（内联）可以提高程序性能。增加的上下文敏感性允许更多的常亮传播、冗余消除、死代码和不可达代码消除。CMI也有启用程序转换，如间接调用提升。

其余的好处主要来自整个程序分析，如指针分析、mod/ref分析等。然而，IPO确实带来了成本增加的编译时间和大的磁盘存储需求（用于保存源的中间表示）。编译时间的增加主要是由于IPA分析算法的复杂性、IPA中缺乏并行性以及IO活动的增加。概要文件反馈指导编译器做出更好的内联决策和循环展开决策。它还通过函数拆分/概述、块重新排序、函数重新排序来帮助指令缓存性能。它还允许更好的块排序/跟踪以改进分支预测。还可以指导寄存器分配器在溢出候选者选择中做出更好的决定。许多基于价值分析的优化也成为可能，包括间接调用提升、memOp专业化、div/rem专业化。

对于那些想要使用FDO获得CMO的好处，但又不想为增加的编译时间的开销买单的用户来说，编译器最好提供一种轻量级机制来实现这一点。提出了一个轻量级IPO（LIPO），这是一个新的编译模型，以无缝的方式将这两种技术结合在一起。它将重要的IPA分析（如内联分析）从编译时转移到训练运行时，并将包括模块分组信息在内的动态IPA分析结果保存到程序数据库中。通过在运行时执行动态IPA的结果，FDO编译的概要文件使用过程因此可以执行跨模块优化。LIPO代表了程序编制的一个重大范式转变——它使IPO可以通过FDO进行。这种新的编译模型是透明的，不需要用户更改其构建系统（如果构建系统已经包含FDO，这当然是正确的。当LIPO与采样的FDO合并时，这将更加正确，而不需要额外的检测步骤）。它是可扩展的，并且不会丢失构建时的并行性。

基本设计

对于传统的IPO（即链接时间优化LTO），跨模块内联分析被延迟到链接时间，因为它是整个编译中所有模块（翻译单元）可用的第一个点。这需要对程序的所有源模块的中间表示进行序列化。

当使用FDO时，会引入其他步骤。程序构建包括以下步骤：

1）使用指令插入构建目标程序

2）用代表性的输入数据集运行所述仪器化程序；

3）将程序配置文件转储到配置文件数据库中；

4）利用在训练过程中收集到的个人资料反馈建立计划。

FDO的附加步骤通常会给用户带来麻烦，但它提供了一种在不使用LTO的情况下执行传统跨模块分析的方法。

在配置文件集合运行时执行跨模块分析（IPA）的基本思想。在退出正常执行时，程序可以执行额外的分析，而不是简单地将配置文件数据转储到配置文件数据库中。例如，跨模块内联分析。它可以建立动态调用图，用调用计数注释动态调用图边缘，并用与热调用边缘连接的调用者和被调用者对文件模块进行分组。然后将组信息（例如，函数的封装翻译单元的源位置）存储到简档数据库中。

在概要文件使用编译期间，模块分组信息在解析开始之前被读入，对于给定的主源，CMI所需的辅助源模块也被读入和解析。辅助函数参与内联转换，之后删除不需要的辅助模块函数以减少后端编译时间。每个原始源模块都有一个模块组，称为该组的主源。每个模块组包含零个或多个辅助模块。从概念上讲，通过LIPO编译，辅助模块作为头被包括在主模块中，其函数被定义为外部内联。基于跨模块分析，编译器自动、智能地完成了头的包含。

有了这种设计，就不需要对源模块的持久中间表示进行序列化。带有FDO的轻量级IPO的示意图如图1所示。在图中，可以看到IPA分析（模块/功能划分）阶段被合并到配置文件收集运行阶段。所得到的模块分组信息将在概要文件使用编译阶段使用，以指导编译。

  

一个小的例子

该小程序包含3个源模块。模块b.c包含对模块a.c中定义的热函数的调用。模块c.c包含对交流中定义的功能的冷调用。

a.c

 

int foo (int *ap, int i)

{

return ap[i] + ap[i + 1];

}

b.c

 

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

extern int foo (int *, int);

extern int bar (void);

 

int main (int argc, char **argv)

{

int n, i, s = 0;

int *data;

FILE *data_file;

 

n = atoi (argv[1]);

data = (int *) malloc (sizeof (int) * n);

if ((data_file = fopen ("data.dat","r")) == 0)

return -1;

fread (data, sizeof (int), n, data_file);

 

for (i = 0; i < n - 1; i++)

s += foo (data, i);

 

s += bar ();

fprintf (stderr, "result = %d\n", s);

return 0;

}

c.c

 

extern int foo (int *, int);

int a[4] = {3,4,6,10};

int bar (void)

{

return foo (&a[0], 0) + foo (&a[2], 0);

}