CSAPP Chapter 5：优化程序性能 阅读笔记

前言

写程序的主要目标是：

1. 使它在所有可能的情况下都能正确的工作
2. 代码清晰简洁
3. 让程序运行的快*

什么是快？快”的衡量标准：

1. 程序是否有实时需求
2. 执行很久的程序快 20%也是非常重大的影响

因此我们需要编写高效的程序，那么编写高效程序的奥秘在于：

1. 选择适当的算法和数据结构
2. 编写出编译器能够有效优化以转化成高效可执行代码的程序
   如何让编译器进行有效的优化呢？我们需要理解编译器的能力和优化的局限性。
3. 将一个任务分成多个部分，这些部分可以在多核和多处理器的某种组合上并行的计算，让每个并行的线程都以最高效率执行。

那么我们应当如何做呢？我们必须：考虑代码使用的方式，以及影响他的关键因素，在实现简单性和速度之间做出权衡。原因有二：

1. 高效的算法需要更长的时间优化
2. 更大级别的优化容易带来不那么容易读的代码

提高代码性能的技术包括：

1. 消除不必要的工作：
   1. 不依赖目标机器属性的工作包括：包括不必要的函数调用、条件测试和内存引用
   2. 依赖目标机器的属性的工作：我们需要了解处理器时序，因为指令在处理器中可能并行执行，或者顺序不同于他们在程序中出现的顺序 -> 我们提出了基于 Intel 和 AMD 处理器最近设计的高级模型和一种基于图形数据流（data-flow）表示法，可以使处理器对指令的执行形象化，还可以利用它预测程序的性能
2. 利用处理器的指令集并行，同时执行多条指令。核心是降低一个计算的不同部分之间的数据相关，增加并行度
3. 使用代码剖析程序

一种重要的方法是：

1. 研究程序的汇编代码
2. 识别出降低性能的属性
3. 预测什么操作会并行执行：确认关键路径

总体来看，程序优化可以体现在以下几个方面：

1. 程序表面：算法和数据结构的选用，消除不必要的函数调用、条件测试和内存引用
2. 程序编译阶段：编译器的局限性优化
3. 程序运行阶段：针对处理器时序，是否可以将其拆分为多个阶段并行执行，确认内循环关键路径
4. 外部力量：使用代码剖析程序

优化编译器的能力和局限性

表示程序性能

程序示例

消除循环的低效率

减少过程调用

消除不必要的内存引用

理解现代处理器

整体操作

功能单元的性能

处理器操作的抽象模型

循环展开

提高并行性

多个累积变量

重新结合变换

优化合并代码的结果小结

一些限制因素

寄存器溢出

分支预测和预测错误处罚

理解内存性能

加载的性能

存储的性能

应用：性能提高技术

确认和消除性能瓶颈

程序剖析

使用剖析程序来指导优化

小结