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课程实验报告

课 程 名 称： 计算机组成与结构 实验项目名称： perflab-handout 专 业 班 级： 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 杨科华 完 成 时 间： 2016 年 5 月 27 日

信息科学与工程学院

实验题目：perflab程序性能调优 实验目的：理解编译器，学习程序优化，从优化程序代码和程序执行速度两方面着手。 实验要求：本次实验，要求针对每个函数、每个人均至少写出3种优化版本、并根据driver报告的结果进行性能分析 实验环境: ubuntu-15.10、 x32系统 、VMware workstation 实验内容及操作步骤： 将下载下来的 kernels.c 中的 rotate、smooth 函数进行优化。 rotate函数的作用是将图像逆时针旋转90°，smooth函数的作用是对于图像中的每一个像素点，取它和周围的像素点的平均值，让图片变得模糊。下面对代码进行逐一优化。 源代码的CPE测试： 1.Naive_rotate 1)源代码: char naive_rotate_descr[] = \Naive baseline implementation\void naive_rotate(int dim, pixel *src, pixel *dst) { int i, j; for (i = 0; i < dim; i++) for (j = 0; j < dim; j++) dst[RIDX(dim-1-j, i, dim)] = src[RIDX(i, j, dim)]; } 2）分析： 这段代码的作用就是用一个双层循环将所有的像素进行行列调位、导致整幅图画进行了 90 度旋转。然而分析一下代码就能发现一个十分简单的优化方法：因为在最内层循环中，j的值每次都会改变，所以每执行一次赋值就要计算一次dim-1-j，算多了自然就慢了。我们可以利用简单的数学技巧改写公式，将赋值语句改成dst[RIDX(i, j, dim)] = src[RIDX(j, dim-i-1, dim)]; 这样就不用每次都计算了。 3）优化代码1如下： char naive_rotate_descr2[] = \only change the place of i and j\void naive_rotate2(int dim, pixel *src, pixel *dst) { int i, j; for (i = 0; i < dim; i++) for (j = 0; j < dim; j++) dst[RIDX(i, j, dim)] = src[RIDX(j, dim-i-1, dim)];//i change less } 优化结果如下：

这是一种最为简单的优化方案，由图可知，速度提升不大，性能优化结果也不是很好。再分析源代码，从 cache 友好性来分析，这个代码的效率机会很低， 所以按照 cache 的大小， 应在存储的时候进行 32 个像素依次存储 （列 存储）。做到 cache 友好这样就可以可以大幅度提高效率。 4）优化代码2如下： char rotate_descr2[] = \break into 4*4 blocks\void rotate2(int dim, pixel *src, pixel*dst) { int i, j,ii,jj; for(ii=0; ii < dim; ii+=4) for(jj=0; jj < dim; jj+=4) for(i=ii; i < ii+4; i++) for(j=jj; j < jj+4; j++) dst[RIDX(dim-1-j,i,dim)] = src[RIDX(i,j,dim)]; } 优化结果如下： 用分块的方式，进行优化。将整个程序分成4*4的小块，提高空间局部性 5）优化代码3如下： char rotate_descr3[] = \void rotate3(int dim, pixel *src, pixel *dst) { int i, j,ii,jj; for(ii=0; ii < dim; ii+=32) for(jj=0; jj < dim; jj+=32) for(i=ii; i < ii+32; i++) for(j=jj; j < jj+32; j++) dst[RIDX(dim-1-j,i,dim)] = src[RIDX(i,j,dim)]; } 优化结果如下： 分成32*32块，提高空间局部性 6）优化代码4如下： char rotate_descr4[] = \Current working version,using pointer rather than computing address\void rotate4(int dim, pixel *src, pixel *dst) { int i; int j; int tmp1=dim*dim; int tmp2=dim *31; int tmp3=tmp1-dim; int tmp4=tmp1+32; int tmp5=dim+31; dst+=tmp3; for(i=0; i< dim; i+=32) { for(j=0;j