К. Касперски - Техника оптимизации программ, Эффективное использование памяти (1127752), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Действительно, если очередная порция запрошенных данных "вылетит" за предель! пакетного цикла и процессор будет вынужден инициировать еше один цикл обмена, то мы не слишком огорчимся этим обстоятельством, поскольку эти ланные нам все равно предстоит загружать.
Так какая разница — случится это раньше или позже? На самом деле, некоторая разница все же есть. При чтении данных, пересекающих пакетный цикл, процессор вынужден тратить, по крайней мере, один такт на склеивание двух половинок данных, что несколько ухудшит производительность. Впрочем, ненамного: на 10% на Р-Н1 и на 20% на АМП Ай(оп (рис. 2.33). В подавляющем большинстве случаев этой величиной можно безболезненно пренебречь. Тем нее менее, если вы хотите достичь максимальной производительности, соответствуюигим образом выравнивайте адреса (табл. 2.2). 182 Глава г Размер данных Граница Рис.
2.ЗЗ. Эффективность выравнивания начаггьного адреса при обрабогке больших массивов данных. Невыровненный начальный адрес читаемого потока памяти несет 15ги издержки производительности. Записывание данных, напротив, не требует выравнивания, а на ЯМ0 А1ыоп невыровненные данные обрабатываются даже быс1рее Соверше1шо иная ситуация с записью данных. Механизм отложенной записи, реализованный в процессорах Рецццп1 и АМ(3 А()1)ол. Предотараяает падание производительности, вызванное несовпаленнем разлгеров записываемых данных с границами пакетных циклов, На Р-))! запись невыровненных данных выполняется всего лишь на 3% мелленнее, а на АМ0 Ат)1(о|т даже на 35% быстрее! Нет, это не ошибка! В силу конструктивньст особвнно- 1 байт (8 битов) 2 байтов (16 битов) 4 байта (32 бита) 8 байтов(64 битов) 1О байтов (80 битов) 16 байтов(128 битов) Таблица г.г Рекомендуемая степень выравнивания для различных типов данных Произвольная Кратная 2 байтам Кратная 4 байтам Кратная 8 байтам Кратная 16 байтам Кратная 16 байтам Оперативная память 188 стей процессора Атй1оп и северного моста чипсета У1А КТ133, запись невыровненных данных действительно осуи!ествяяется значительно быстрее.
Однако данный эффект наблюдается исключительно при записи данных в оперативную память. Невыровненная запись в кэш-память несет значительные издержки, многократно снижая производительность (см. разд. "Выравнивание данных" главы 3), поэтому пренебрегать выравниванием допускается толысо при обработке огромных блоков памяти (от ! Мбайт и выше), многократно превосходяших в объеме емкость кашей всех уровней. В заключение раздела рассмотрим, какое влияние на производительность оказывает выбор адресов источника и приемника при копировании больших блоков памяти (см. исходный текст программы, находяшийся в файле ~зтс'Д2).тпегпогу~а!айплпептсру.с на прилагаемом компакт-диске).
Как нетрудно догадаться, выравнивание адреса-приемника не имеет решаюшего значения, а вот неудачный выбор адреса-источника заметно снижает быстродействие программы. И это действительно так! (рис. 2.34). Рис. 2.34. Влияние на производительность выравнивания адресов источника и приемника при копировании памяти. Главное — выровнять источник. Выравниванием же начального адреса приемника можно пренебречь Техника ручного выравнивания данных Штатных средств выравнивания данных (подробнее см. разд. "Выравнивание данных" главы 3) очень часто оказывается недостаточно. Во-первых, они Глава 2 действуют только на элементы структур, а локальные и глобальные переменные компилятор всегда выравнивает по собственному усмотрению, и, во-вторых, максимально допустимая степень выравнивания обычно (читай у М!сгозо[1 Ч(ьца! С++ и Вог1апд С++) ограничена кратностью в 16 байт.
Поэтому выровнять массив по границе кэш-линий (32 байта для Р-1П и 64 байта для А[([(оп) не удастся! Некоторые руководства (в том числе и довольно авторитетные) рекомендуют в этой ситуации прибегать к ассемблеру. Что ж, ассемблер — действительно, великая вещь, но как быть тем, кто им не владеет? (А не владеют ассемблером большинство прикладных программистов.) Однако для решения этой задачи вполне достаточно штатных средств языка С. Поскольку 32-битные пеаг-указатели представляют собой по сути 32- битные целые, то весь математический аппарат к услугам программиста. Фактически решение задачи сводится к следующему: есть число Х, из него надо получить число Ч, максимально близкое к Х и кратное )Ч.
Первое, что приходит на ум: Ч = (Х / 1ч)е1К. Если же )х[ не любое число, а кратное степени двойки, то от медленной операции деления можно отказаться, вручную сбрасывая соответствующий двоичный разряд с помощью логического пвс. Так же будет необходимо увеличить "усеченный" указатель на величину, равную степени выравнивания, т. к. при выравнивании происходит уменьшение указателя, в результате чего он залезает в чужую область. Естественно, количество выделяемой памяти придется увеличить на величину округления.
Такил[ образом, законченное решение будет выглядеть приблизительно так: спас р) р = (сЬае*) а)а11ос(пеео а1ее е (а11дпроне — 1))у р =- (сьап *) (((1пс)р е а1ьдп роее — 1) а †(а1адпроеее — 1))( ГДЕ а11дп роеес — ТрЕбуЕМая СТЕПЕНЬ ВЫраВНИВаНИя, а сьап* — ТИП ухаэаТЕЛя (ЕСТЕСТВЕННО, н~~б~зат~л~н~ им~и~~ сьап* — ЭТО м~ж~т бЫТЬ И пе*). Тот же трюк может использоваться и при выравнивании массивов, расположенных в стеке или сегменте данных. Например: ()ое11пе аппау атее 10 М ([ое11пе а11дпроеес 64 1пе а[ассау а1ае е а11дпроеес -1); апп *р) р = (ап" *) (((1пе)аа е а11дп роеес — 1) а -(а1адп роеес-1))) Указатель р будет показывать на начало массива, выровненного по 64- байтной границе (такое выравнивание обеспечивает наиболее эффективную обработку данных — см.
равд. "Упреждпюн(пя загрузка данных" главы 3). Олеративнвя память 185 Кстати, при желании массив можно использовать и для хранения разнотипных данных, выравнивая их так, как это заблагорассудится. Например: спас аггау[9]) ()се11пе а аггау[0] ((Се11пе Ъ (гпс *аггау[гтгеот(сьаг)])[0] всет1пе с (1пс *аггау[аьхеог(сьаг) еа1геое (гпс) ] ) [О] Мсе1гпе 0 (гпс *аггау(аггеот (гпх) *3] ) [Р] Этот, пускай и не очень изяшный, трюк позволяет хранить переменные вплотную друг к другу, без зазоров и контролировать их порядок размешения в памяти, что предоставляет возможность, например, распределить совместно используемые переменные по разным банкам.
Дело в том, что локальные переменные размешаются в стеке не в порядке их объявления в программе, а как это заблагорассудится компилятору. Выравнивание потоков данных Если с выравниванием блоков памяти, возвращенных функцией 11, все более или менее понятно (действительно, это очень простая задача), то выравнивание адресов, получаемых функцией извне, несколько сложнее. Рассмотрим следуюший пример: пусть нам необходимо посчитать сумму всех элементов некоторого массива. Проще всего это сделать приблизительно так, как показано в листинге 2.23. 101 асх(1пг *аггау, 1пе и) гпеа, х О; тот(а = 0) а < и) а++) х+=аггау[а]) гегсгп х) Недостаток предложенной реализации состоит в том, что она никак не заботится о выравнивании данных, молчаливо перекладывая эту заботу на плечи вызываюшего ее кода.
А это весьма рискованное допущение! Даже если мы явно оговорим целесообразность выравнивания в спецификации функции, использующий ее программист может просто пренебречь (забыть, упустить) этой рекомендацией. К тому же, не всегда возможно Глава 2 186 выровнять передаваемый функции адрес (скажем, программист сам получил его невыровненным извне). Поэтому заботиться о выравнивании адресов вызываемая функции должна самостоятельно. В состоянии ли она это сделать? На первый взгляд нет. Легко доказать, что если <х к з| .= о, то и ~~х + ° г~ ю*ю а з~ .= о. Действительно, это так, но в том-то все и дело, что штрафные такты за доступ по невыровненным данным даются лишь в том, и только в том случае, когда они пересекают границы пакетных циклов обмена.
А вот на этом-то можно и сыграть! Читаем память двойными словами до тех пор, пока текущий адрес ~1~р а Вавт ЬВН> + еххеот1ОИОПО~ ~ < ВКЗт ЬВНН вЂ” т. Е. ПОКа МЫ НЕ дОйдЕМ дО двойного слова, пересекающего границы пакетных циклов обмена. "Опасный" участок трассы проходим маленькими — побайтовыми — шажками, что гарантированно страхует нас от почетной "награды" в виде пенальти. Остается лишь собрать эти четыре байта в одно слово, что элементарно осуществляется битовыми операциями сдвига.
Затем описанный цикл чтения вновь повторяется (рис. 2.35). И так происходит до тех пор, пока не будет достигнут конец обрабатываемого блока памяти. Да, мы читав невыровнен не приводит пересечения цикла не про Рис. 2.35. Техника аффективной обработки невыровнвнного двухсловного потока данных Одна из возможных реализаций предложенного алгоритма показана далее (листинг 2.24). (Полный исходный текст программы читатель найдет в файле ~згс~(2).гпегпогу~аййп.г)ттзггеатп.с, который находится на прилагаемом ком- Оперативная память 487 // — ]Подсчет сумма массива)— О АРБ: актау — указатель на массив и - кол-во злементов для сортировки о авйпнв: // // //- Функция справляется с невыровненными массивами, и сама выравнивает их )правда, было бы лучше, если бы она зто не делала] 1пс зша а11дп Гапв *актау, ьпс и) 1пг а, х О; сьаг вцрга Ьуеез)4]4 // внимание: зто решения для частного случая О когда аггау 4 15= 1, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
