В настоящее время я пытаюсь понять очень странное поведение в одной из моих программ на C. По-видимому, добавление или удаление, казалось бы, несущественной линии в конце ее резко влияет на производительность в остальной части программы.
Моя программа выглядит примерно так:
int large_buffer[10000];
void compute(FILE * input) {
for(int i=0; i<100; i++) {
do_lots_of_stuff();
printf(".");
fflush(stdout);
}
}
int main() {
FILE *input = fopen("input.txt", "r");
compute(input);
fclose(input); // <--- everything gets 2x slower if I comment this out (!)
return 0;
}
Теоретически, что строка fclose(input) в конце основной функции не должна иметь значения, так как OS должна автоматически закрывать файл в конце программы в любом случае. Однако я заметил, что моя программа заняла 2,5 секунды для запуска, когда я включил инструкцию fclose и 5 секунд, когда я ее прокомментировал. Фактор 2 разницы! И это произошло не из-за задержки в начале или в конце программы: скорость, с которой распечатывается ., заметно отличается от версии с помощью оператора fclose.
Я подозреваю, что это может быть связано с некоторым выравниванием памяти или проблемой промаха в кеше. Если я заменил fclose на другую функцию, такую как ftell, она также запустит 5 секунд, и если я уменьшу размер элементов large_buffer до <= 8000, то он всегда будет выполняться в течение 2,5 секунд, независимо от того, какой оператор fclose существует или нет.
Но я действительно хотел бы быть в состоянии на 100% убедиться в том, что является виновником этого странного поведения. Можно ли запустить мою программу под каким-то профилировщиком или другим инструментом, который даст мне эту информацию? До сих пор я пытался использовать обе версии под valgrind --tool=cachegrind, но сообщал о том же количестве промахов в кеше (0%) для обеих версий моей программы.
edit 1: После запуска обеих версий моей программы в perf stat -d -d -d я получил следующие результаты:
Performance counter stats for './no-fclose examples/bench.o':
5625.535086 task-clock (msec) # 1.000 CPUs utilized
38 context-switches # 0.007 K/sec
0 cpu-migrations # 0.000 K/sec
54 page-faults # 0.010 K/sec
17,851,853,580 cycles # 3.173 GHz (53.23%)
6,421,955,412 stalled-cycles-frontend # 35.97% frontend cycles idle (53.23%)
4,919,383,925 stalled-cycles-backend # 27.56% backend cycles idle (53.23%)
13,294,878,129 instructions # 0.74 insn per cycle
# 0.48 stalled cycles per insn (59.91%)
3,178,485,061 branches # 565.010 M/sec (59.91%)
440,171,927 branch-misses # 13.85% of all branches (59.92%)
4,778,577,556 L1-dcache-loads # 849.444 M/sec (60.19%)
125,313 L1-dcache-load-misses # 0.00% of all L1-dcache hits (60.22%)
12,110 LLC-loads # 0.002 M/sec (60.25%)
<not supported> LLC-load-misses
<not supported> L1-icache-loads
20,196,491 L1-icache-load-misses (60.22%)
4,793,012,927 dTLB-loads # 852.010 M/sec (60.18%)
683 dTLB-load-misses # 0.00% of all dTLB cache hits (60.13%)
3,443 iTLB-loads # 0.612 K/sec (53.38%)
90 iTLB-load-misses # 2.61% of all iTLB cache hits (53.31%)
<not supported> L1-dcache-prefetches
51,382 L1-dcache-prefetch-misses # 0.009 M/sec (53.24%)
5.627225926 seconds time elapsed
Performance counter stats for './yes-fclose examples/bench.o':
2652.609254 task-clock (msec) # 1.000 CPUs utilized
15 context-switches # 0.006 K/sec
0 cpu-migrations # 0.000 K/sec
57 page-faults # 0.021 K/sec
8,277,447,108 cycles # 3.120 GHz (53.39%)
2,453,171,903 stalled-cycles-frontend # 29.64% frontend cycles idle (53.46%)
1,235,728,409 stalled-cycles-backend # 14.93% backend cycles idle (53.53%)
13,296,127,857 instructions # 1.61 insn per cycle
# 0.18 stalled cycles per insn (60.20%)
3,177,698,785 branches # 1197.952 M/sec (60.20%)
71,034,122 branch-misses # 2.24% of all branches (60.20%)
4,790,733,157 L1-dcache-loads # 1806.046 M/sec (60.20%)
74,908 L1-dcache-load-misses # 0.00% of all L1-dcache hits (60.20%)
15,289 LLC-loads # 0.006 M/sec (60.19%)
<not supported> LLC-load-misses
<not supported> L1-icache-loads
140,750 L1-icache-load-misses (60.08%)
4,792,716,217 dTLB-loads # 1806.793 M/sec (59.93%)
1,010 dTLB-load-misses # 0.00% of all dTLB cache hits (59.78%)
113 iTLB-loads # 0.043 K/sec (53.12%)
167 iTLB-load-misses # 147.79% of all iTLB cache hits (53.44%)
<not supported> L1-dcache-prefetches
29,744 L1-dcache-prefetch-misses # 0.011 M/sec (53.36%)
2.653584624 seconds time elapsed
Похоже, в обоих случаях было небольшое количество промахов в кэше данных, как сообщалось kcachegrind, но более медленная версия программы имела более худшее предсказание ветвей и больше промахов кэша команд и нагрузки iTLB. Какое из этих различий будет наиболее вероятно отвечать за разницу во времени между тестовыми случаями?
edit 2: Интересный факт, по-видимому, я все еще могу сохранить странное поведение, если я заменил "fclose" вызов одной инструкцией NOP.
edit 3: Мой процессор - Intel i5-2310 (Sandy Bridge)
Редактировать 4: Оказывается, если я изменяю размер массивов, редактируя файл сборки, он не ускоряется. В Apparely причина, по которой это ускорилось, когда я изменил их размеры в коде C, состоял в том, что gcc решил упорядочить порядок вещей в двоичном формате.
Изменить 5: Еще одно доказательство того, что важны точные адреса инструкций JMP: если я добавлю один NOP (вместо printf) в начале моего кода, он будет быстрее. Аналогично, если я удалю бесполезную инструкцию с начала моего кода, она также ускорится. И когда я скомпилировал свой код на другой версии gcc, он также ускорился, несмотря на то, что сгенерированный ассемблерный код остался прежним. Единственным отличием была отладочная информация в начале и что разделы двоичного файла были в другом порядке.
