《深入理解计算机系统》优化程序性能

优化程序性能的几点：

1）高级设计。选择恰当的数据结构和算法;

2）基本编码原则：消除连续的函数调用;消除不必要的存储器引用;

3）低级优化。循环展开;提高并行性，如多个累积变量，重新结合技术，条件传送代替条件选择。

1，编译器能针对代码做一些安全性的优化;所以请遵循基本编码原则。

2，程序性能的表示：每元素的周期数（CPE）

3，实际的处理器中，是同时执行多条指令的（因为一条指令有多个阶段），即指令级并行，是乱序的。

      一个现代处理器框图，主要包括，指令控制单元和执行单元。

      延迟和发射（吞吐量）影响程序性能。低级优化，主要是做到见笑延迟界限，是程序性能只受发射界限的影响。

      如何分析程序性能？——数据流图，关键路径

      循环展开：设k表示循环展开的步数，k>2时，内部展开最好也用循环。循环展开的好处：减少循环索引计算和条件分支;进一步变化代码，减少关键路径上的操作数量。

      但是，循环展开后，编译器只能对整型计算做自动优化，来减少关键路径上的计算，（现代gcc能自动进行循环展开，要加编译参数 "-funroll-loops"）;浮点数计算，需要进行进一步优化，多个累加变量和重新结合变换。

4，上述一些低级优化，虽然有效，但是也有一些限制因素，如，寄存器一处，cpu寄存器数量有限，如果并行度p超过了寄存器数量，编译器就会把某些值放到栈中，引起性能下降;分支预测引起的性能下降。

5，存储器引发的程序性能。分为：加载和存储两方面。加载会直接影响程序性能 ; 存储不会直接影响，如果加载操作受存储影响，存储才会影响程序性能。

6，以上只是小型程序的分析方法，如何在大型程序中优化程序性能呢？需要进行程序剖析。unix系统提供了一个剖析工具GPROF。

      使用GPROF的方法：第一步，使用gcc时，加上运行时标志“-pg”  ; eg，gcc -O1 -pg prog.c -o prog

                                            第二步，执行那个程序prog，后面加参数file.txt ; eg，./prog file.txt

                                            第三步，调用GPROF分析程序产生文件gmon.out的数据 ; eg，gprof prog    ;会显示几个表格。

      分析原则：Amdahl定律。一个公式。。。其主要思想是，当我们加快系统一个部分的速度时，对系统整体性能的影响依赖于这个部分有多重要和速度提高了多少。所以，一个部分越重要（可以通过分析这个部分所用时间占从时间的百分比来看），速度提高的越多，系统总的效率提高的越多。