अपने एप्लिकेशन को तेज़ी से कैसे बनाएं: C ++ प्रोफ़ाइल अनुकूलन

रनटाइम में एप्लिकेशन कोड को ऑप्टिमाइज़ करने के लिए प्रोफ़ाइल ऑप्टिमाइज़ेशन एक बहुत ही दिलचस्प तरीका है (विज़ुअल सी डेवलपमेंट टीम में, इस विधि को अंग्रेजी प्रोफ़ाइल गाइडेड ऑप्टिमाइज़ेशन से POGO या PGO कहा जाता है)। प्रोफाइल ऑप्टिमाइज़ेशन को सबसे पहले 90 के दशक के अंत में विज़ुअल सी और माइक्रोसॉफ्ट की रिसर्च टीमों द्वारा लागू किया गया था। तब इसे इटेनियम आर्किटेक्चर के लिए डिजाइन किया गया था। तब पीजीओ को विजुअल स्टूडियो सी / सी ++ 2005 में शामिल किया गया था। आज यह मुख्य अनुकूलन प्रक्रिया है जो माइक्रोसॉफ्ट और अन्य डेवलपर्स के प्रदर्शन में काफी सुधार करती है।
यह पोस्ट बताएगी कि कैसे तेजी से और अधिक उत्पादक देशी एप्लिकेशन बनाने के लिए। आरंभ करने के लिए, पीजीओ पर करीब से नज़र डालें, और फिर एक उदाहरण (एनबॉडी सिमुलेशन) देखें कि कैसे, कुछ सरल चरणों के साथ, आप इस अनुकूलन प्रक्रिया को अपने अनुप्रयोगों में लागू कर सकते हैं। काम करने के लिए, उदाहरण से स्रोत कोड का उपयोग करें। परियोजना के निर्माण के लिए आपको डायरेक्टएक्स एसडीके की आवश्यकता होगी।

मूल आवेदन तेजी से कैसे करें

पारंपरिक संकलक स्थिर स्रोत फ़ाइलों के आधार पर अनुकूलन के साथ काम करते हैं। वे स्रोत फ़ाइल के पाठ का विश्लेषण करते हैं, लेकिन उपयोगकर्ताओं द्वारा दर्ज किए गए डेटा को ध्यान में नहीं रखते हैं, जिसके बारे में कोड से जानना असंभव है। इस छद्म कोड पर विचार करें:


जब WhBranchIsTaken फ़ंक्शन के साथ काम करते हैं, तो कंपाइलर को यह पता नहीं होता है कि "b" पैरामीटर की तुलना में "पैरामीटर" कितनी बार कम होगा, और कितनी बार "यदि" स्थिति लागू होगी (यानी, कंपाइलर ब्रांचिंग का अनुमान लगा सकता है)। जब विचलन और switchCaseExpansion फ़ंक्शन के साथ काम कर रहे हैं, तो कंपाइलर को * p और i मानों के बारे में पर्याप्त नहीं पता है, जिससे विचलन और पैरामीटर एक्सटेंशन का अनुकूलन करना असंभव हो जाता है। यदि हम इस कोड के टुकड़े को अलग-अलग मॉड्यूल (उदाहरण के लिए, अलग-अलग ऑब्जेक्ट फ़ाइलों) में प्रतिस्थापित करते हैं, तो ये समस्याएं और भी तेज हो जाएंगी, क्योंकि पारंपरिक संकलन के कार्यों को स्रोत मॉड्यूल के भीतर काम करने के लिए अनुकूलित नहीं किया जा सकता है।
कंपाइलर और लिंकर का मूल मॉडल इतना बुरा नहीं है, लेकिन इसमें अनुकूलन के दो मुख्य अवसरों का अभाव है। सबसे पहले, यह उन सूचनाओं का उपयोग नहीं करता है जो सभी स्रोत फ़ाइलों के विश्लेषण के आधार पर प्राप्त किए जा सकते हैं (पारंपरिक संकलक केवल व्यक्तिगत ऑब्जेक्ट फ़ाइलों का अनुकूलन करते हैं)। दूसरे, यह आवेदन की अपेक्षित या प्रोफ़ाइल प्रतिक्रिया के आधार पर अनुकूलन को पूरा नहीं करता है। पहला दोष कंपाइलर स्विच ( / GL ) या लिंकर स्विच ( / LTCG ) का उपयोग करके तय किया जा सकता है, जो पूर्ण प्रोग्राम ऑप्टिमाइज़ेशन करता है और एप्लिकेशन प्रोफ़ाइल को अनुकूलित करने के लिए आवश्यक है। पूर्ण कार्यक्रम के अनुकूलन सक्षम होने के बाद, आप प्रोफ़ाइल अनुकूलन लागू कर सकते हैं। आइए हम इस पर अधिक विस्तार से ध्यान दें।
पीजीओ एक कंपाइलर रनटाइम ऑप्टिमाइज़ेशन प्रक्रिया है जो एप्लिकेशन को ऑप्टिमाइज़ करने के लिए महत्वपूर्ण या उच्च-प्रदर्शन उपयोगकर्ता स्क्रिप्ट के दौरान एकत्र किए गए प्रोफ़ाइल डेटा का उपयोग करता है। प्रोफ़ाइल ऑप्टिमाइज़ेशन के पारंपरिक स्थिर अनुकूलन पर कई फायदे हैं, क्योंकि यह ध्यान में रखता है कि आवेदन कैसे उत्पादन वातावरण में व्यवहार करेगा। इसके लिए धन्यवाद, ऑप्टिमाइज़र गति अनुकूलन (लगातार उपयोगकर्ता परिदृश्यों के लिए) या आकार अनुकूलन (दुर्लभ परिदृश्यों के लिए) कर सकता है। नतीजतन, कोड अधिक संक्षिप्त हो जाता है, जो अंततः आवेदन प्रदर्शन में सुधार करता है।



वर्तमान में, पीजीओ का उपयोग केवल क्लासिक डेस्कटॉप अनुप्रयोगों पर किया जा सकता है और x86 और x64 प्लेटफार्मों पर समर्थित है। पीजीओ एक तीन-चरणीय प्रक्रिया है, जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है।

• पहले चरण को आमतौर पर इंस्ट्रूमेंटेशन चरण कहा जाता है । इस चरण के दौरान, आवेदन को दिए गए संकलन झंडों के साथ बनाया जा रहा है। निर्माण प्रक्रिया के दौरान, आंतरिक संकलक उत्पन्न कोड में परीक्षण निर्देश (जांच) जोड़ता है जो अगले चरण में आवश्यक प्रशिक्षण डेटा रिकॉर्ड करने के लिए उपयोग किया जाता है। कुल मिलाकर, तीन प्रकार के जांच जोड़े जाते हैं (फ़ंक्शन प्रविष्टि, संक्रमण और मान)। एक फ़ंक्शन प्रविष्टि जांच मापती है कि फ़ंक्शन को कितनी बार अनुरोध किया गया है। संक्रमण जांच आपको यह पता लगाने की अनुमति देती है कि किसी विशेष कोड शाखा में कितनी बार पहुंचा गया है। इस प्रकार, प्रशिक्षण चरण के दौरान, कंपाइलर कोड टुकड़ा में कितनी बार "बी ए" के बारे में जानकारी प्राप्त करता है जो दिए गए प्रशिक्षण स्क्रिप्ट में ब्रांकिसटेकन होता है। एक मूल्य जांच आपको मूल्यों के एक हिस्टोग्राम के निर्माण के लिए डेटा प्राप्त करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, switchCaseExpansion कोड स्निपेट में जोड़ा गया एक मान जांच स्विच केस i इंडेक्स चर के लिए मूल्यों के एक हिस्टोग्राम के निर्माण के लिए डेटा प्रदान करेगा। प्रशिक्षण के दौरान चर "i" के मूल्यों के बारे में जानकारी प्राप्त करने के बाद, कंपाइलर सबसे सामान्य मूल्यों के साथ-साथ स्विचकैसे एक्सपेंसेशन जैसे कार्यों के लिए अनुकूलन करने में सक्षम होगा। इस प्रकार, चरण के अंत में, हमारे पास एप्लिकेशन का एक इंस्टेंस्ड संस्करण (जांच के साथ) और एक खाली डेटाबेस फ़ाइल (.pgd) होगा, जिसमें अगले चरण के दौरान प्राप्त जानकारी दर्ज की जाएगी।
• सीखने का चरण । इस चरण के दौरान, उपयोगकर्ता एप्लिकेशन के इंस्ट्रूमेंटेड संस्करण को लॉन्च करता है और मानक उपयोगकर्ता स्क्रिप्ट निभाता है जिसमें उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता होती है। आउटपुट में, हमारे पास .pgc फाइलें होती हैं जिनमें विभिन्न उपयोगकर्ता परिदृश्यों से संबंधित जानकारी होती है। सीखने की प्रक्रिया में, जानकारी पहले चरण के दौरान जोड़े गए जांच से गुजरती है। आउटपुट में, हमें pgc-files appname मिलता है! # (जहाँ appname एप्लिकेशन के नाम से मेल खाता है, और # - एक प्लस pgc-files appname की संख्या! # निर्माण के आउटपुट डायरेक्टरी में)।
• पीजीओ का अंतिम चरण अनुकूलन है । इस चरण के दौरान, एप्लिकेशन का एक अनुकूलित संस्करण बनाया जाता है। इसके अलावा, प्रशिक्षण चरण के दौरान प्राप्त पीजीसी फाइलों से जानकारी इंस्ट्रूमेंटेशन के दौरान बनाई गई डेटाबेस (.pgd फ़ाइल) की पृष्ठभूमि में दर्ज की जाती है। आंतरिक कंपाइलर फिर इस डेटाबेस का उपयोग कोड को और अधिक अनुकूलित करने और एप्लिकेशन के और भी उन्नत संस्करण बनाने के लिए करता है।

PGO उपयोगकर्ता अक्सर गलती से मानते हैं कि जब कोई प्रोजेक्ट बनाया जाता है, तो सभी तीन चरणों (इंस्ट्रूमेंटेशन, ट्रेनिंग और ऑप्टिमाइज़ेशन) को किया जाना चाहिए। वास्तव में, पहले दो चरणों को बाद के संस्करणों के निर्माण के दौरान बाहर रखा जा सकता है, जबकि कोड आवेदन के प्रशिक्षण चरण के बाद प्राप्त संस्करण की तुलना में महत्वपूर्ण बदलाव से गुजर सकता है। बड़ी टीमों में, एक डेवलपर PGO के संचालन और सोर्स कोड रिपॉजिटरी में प्रशिक्षण डेटाबेस (.pgd) को बनाए रखने के लिए जिम्मेदार हो सकता है। अन्य डेवलपर्स इस डेटाबेस के साथ अपने कोड रिपॉजिटरी को सिंक्रनाइज़ कर सकते हैं और अनुप्रयोगों के पीजीओ-अनुकूलित संस्करणों के निर्माण के लिए प्रशिक्षण फ़ाइलों का उपयोग कर सकते हैं। पुनर्मूल्यांकन की एक निश्चित संख्या के बाद, आवेदन अंत में अनुकूलित किया जाएगा।

प्रोफ़ाइल अनुकूलन का अनुप्रयोग

अब जब हम प्रोफ़ाइल अनुकूलन के बारे में थोड़ा और जानते हैं, तो हम एक विशिष्ट उदाहरण का उपयोग करके इसके आवेदन पर विचार करेंगे। अनुप्रयोग का प्रोफ़ाइल अनुकूलन विज़ुअल स्टूडियो या डेवलपर की कमांड लाइन का उपयोग करके किया जा सकता है। नीचे पारंपरिक स्टूडियो में "एनबॉडी सिमुलेशन" नामक एक एप्लिकेशन के साथ काम करने का एक उदाहरण है। यदि आप कमांड लाइन पर पीजीओ के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, तो इन लेखों का संदर्भ लें। आरंभ करने के लिए, विज़ुअल स्टूडियो में समाधान डाउनलोड करें और कार्य के लिए बिल्ड कॉन्फ़िगरेशन चुनें (जैसे, "रिलीज़")।



जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, पीजीओ में तीन चरण होते हैं: इंस्ट्रूमेंटेशन, प्रशिक्षण और अनुकूलन। एप्लिकेशन का इंस्ट्रूमेंटेड वर्जन बनाने के लिए, प्रोजेक्ट नाम ("NBodyGravityCPU") पर राइट-क्लिक करें और "प्रोफाइल गाइडेड ऑप्टिमाइजेशन" मेनू में "इंस्ट्रूमेंट" सेक्शन चुनें।



विजुअल स्टूडियो एप्लीकेशन के इंस्ट्रूमेंटेड वर्जन का निर्माण करेगा। उसके बाद, आप प्रशिक्षण चरण के लिए आगे बढ़ सकते हैं। एप्लिकेशन के इंस्ट्रूमेंटेड वर्जन को लॉन्च करें। ऐसा करने के लिए, "प्रोफ़ाइल निर्देशित अनुकूलन" मेनू पर जाएं और "इंस्ट्रूमेंटेड / ऑप्टिमाइज़्ड एप्लिकेशन चलाएँ" का चयन करें। हमारे मामले में, एप्लिकेशन को सबसे बड़ी कोड बॉडी (15360) के साथ निष्पादित किया जाता है, क्योंकि एक स्थिर उपयोगकर्ता स्क्रिप्ट को लागू किया जाएगा जिसे उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता होती है। एक बार आवेदन प्रदर्शन के दो मुख्य संकेतक - एफपीएस (प्रति सेकंड फ्रेम) और जीएफएलओपी - स्थिर हैं, आप आवेदन को बंद कर सकते हैं। इस स्तर पर, प्रशिक्षण चरण पूरा हो जाएगा, और प्राप्त डेटा को एक .pgc फ़ाइल में सहेजा जाएगा। डिफ़ॉल्ट रूप से .pgc फ़ाइल आपके बिल्ड कॉन्फ़िगरेशन में शामिल की जाएगी, अर्थात कैटलॉग "रिलीज़"। उदाहरण के लिए, इस प्रशिक्षण के परिणामस्वरूप, फ़ाइल NBodyGravityCPU! 1.pgc बनाई गई है।



NBody सिमुलेशन पूरी तरह से PGO प्रक्रिया को चित्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक बहुत ही सरल अनुप्रयोग है। वास्तव में, एप्लिकेशन प्रशिक्षण परिदृश्यों के कई रूप हो सकते हैं। विशेष रूप से, कई चरणों में प्रशिक्षण करना संभव है, समय से विभाजित। इस तरह के प्रशिक्षण परिदृश्यों को रिकॉर्ड करने के लिए, इंस्ट्रूमेंटेड संस्करण पहले से ही बनाए जाने के बाद डेवलपर की कमांड लाइन पर पोग्सवेप कमांड का उपयोग करना सबसे अच्छा है (उदाहरण के लिए विजुअल स्टूडियो)।



पीजीओ के अंतिम चरण के दौरान, एप्लिकेशन का एक अनुकूलित संस्करण बनाया जाता है। प्रोफ़ाइल निर्देशित अनुकूलन मेनू से, ऑप्टिमाइज़ करें चुनें। एप्लिकेशन का एक अनुकूलित संस्करण बनाया जाएगा। पीजीओ बिल्ड के आउटपुट लॉग में, आप प्रदर्शन किए गए ऑपरेशन के बारे में सामान्यीकृत जानकारी देखेंगे।
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, प्रशिक्षण चरण के दौरान प्राप्त .pgc फ़ाइलों से जानकारी .pgd डेटाबेस में शामिल है, जो तब आंतरिक संकलक के अनुकूलन मैट्रिक्स द्वारा उपयोग की जाती है। ज्यादातर मामलों में (छोटे तेज अनुप्रयोगों के अपवाद के साथ), गति / आकार अनुकूलन मानदंड एक विशेष फ़ंक्शन के लिए गतिशील निर्देशों के अनुपात से निर्धारित होता है। बड़ी संख्या में निर्देशों के साथ कार्य (तथाकथित "हॉट") गति के लिए अनुकूलित होते हैं, और निर्देशों की एक छोटी संख्या (तथाकथित "ठंड") के साथ, वे आकार के लिए अनुकूलित होते हैं।
यह लगभग सभी है जो आपको अपने अनुप्रयोगों में प्रोफ़ाइल अनुकूलन शुरू करने की आवश्यकता है। अपने अनुप्रयोगों के लिए PGO आज़माएं और परिणामों का मूल्यांकन करें! और डेवलपर टूल ब्लॉग को देखना सुनिश्चित करें, हो सकता है कि आपको वहां कुछ अन्य दिलचस्प समाधान मिलेंगे!
Microsoft Visual C ++ इंटरनल कंपाइलर के प्रोग्राम मैनेजर अंकित अस्थाना द्वारा पोस्ट किया गया।