Архив для месяца: Февраль, 2015

Это перевод FPO. Автор: Ларри Остерман.

На прошлой неделе я болтал с одним парнем из команды измерения производительности. Он мне рассказал историю, которая меня очень удивила. Как оказалось, они обнаружили проблему производительности в одном стороннем драйвере. К сожалению, у них возникли проблемы в локализации узкого места, поскольку разработчик драйвера скомпилировал его с FPO (Frame Pointer Ommission) и не предоставил отладочную информацию.

Что тут удивительного? Ну, я удивился что сегодня вообще кто-то использует FPO.

Но что такое FPO?

Чтобы понять ответ, нам нужно вернуться назад во времени.

Процессор Intel 8088 имел чрезвычайно мало регистров, вот они (я игнорировал сегментные регистры):

AX	BX	CX	DX	IP
SI	DI	BP	SP	FLAGS

Даже в таком ограниченном наборе регистров этим регистрам были заданы специальные роли. Регистры AX, BX, CX и DX были регистрами «общего назначения», SI и DI были «индексными» регистрами, SP был «указателем стека», BP был «указателем фрейма» («указателем базы»), IP был «указателем инструкции», а FLAGS был регистром только для чтения, который содержал информацию о текущем состоянии процессора.

Регистры BX, SI, DI и BP были специальными, потому что они могли использоваться как «индексные» регистры. Индексные регистры чрезвычайно важны для компилятора, поскольку только они могут использоваться в получении доступа к памяти через указатель. Другими словами, если у вас есть структура, расположенная по смещению $1234 в памяти, вы можете установить индексный регистр в значение $1234 и получать доступ к значениям, относительно этого адреса (и регистра). Например:

MOV    BX, [Structure]
MOV    AX, [BX]+4

Мы записываем в регистр BX значение памяти, на которое указывает [Structure], а затем записываем в регистр AX слово, находящееся в 4 байте с начала этой структуры.

Здесь нужно отметить, что регистр SP не являлся индексным регистром. Это означало, что для получения доступа к локальным переменным и аргументам на стеке вам нужно использовать другой регистр — и именно так появился регистр BP. Индексный регистр BP был создан специально для получения доступа к значениям в стеке.

Когда вышел 386, разработчики Intel расширили регистры до 32 бит, а также сняли ограничение, что только BX, SI, DI и BP могли использоваться как индексные:

EAX	EBX	ECX	EDX	EIP
ESI	EDI	EBP	ESP	FLAGS

Это неплохо: неожиданно, вместо жалких трёх регистров, компилятор мог использовать все шесть.

Поскольку индексные регистры используются для доступа к полям структур, для компилятора они на вес золота — чем их больше, тем лучше, так что стоит пойти на многое, лишь бы их было побольше.

Некий очень умный человек сообразил, что раз теперь ESP является индексным регистром, то EBP больше не является единственным специально выделенным регистром для стека. Другими словами, вместо:

MyFunction:
    PUSH    EBP
    MOV     EBP, ESP
    SUB     ESP, <LocalVariableStorage>
    MOV     EAX, [EBP+8]
      :
      :
    MOV     ESP, EBP
    POP     EBP
    RETD

вы могли получить доступ к первому параметру на стеке следующим образом (EBP + 0 — старое значение EBP, EBP + 4 — адрес возврата):

MyFunction:
    SUB     SP, <LocalVariableStorage>
    MOV     EAX, [ESP+4+]
      :
      :
    ADD     SP, <LocalVariableStorage>
    RETD

Это работает на отлично, теперь EBP освобождается и его можно использовать как дополнительный регистр общего назначения! Такая оптимизация в компиляторе называется «Frame Pointer Omission», известная под акронимом FPO.

Но с FPO есть небольшая проблема.

Если вы посмотрите на первый вариант кода (без FPO), то заметите, что первой инструкцией в функции будет PUSH EBP, за которым будет MOV EBP, ESP. Здесь получается интересный и крайне полезный (побочный) эффект. Фактически, при этом получается односвязный список, в котором хранятся указатели на каждый фрейм для всех вызывающих функции. Таким образом, зная значение EBP внутри одной функции, вы можете получить стек вызовов для этой функции. Это невероятно полезно для отладки, потому что это означает, что стеки вызовов всегда точны — даже если у вас на руках нет отладочной информации. К сожалению, если вы начинаете использовать FPO, список фреймов теряется — эта информация просто не отслеживается.

Чтобы решить эту проблему, информация, которая теряется при использовании FPO, заносится в отладочную информацию. Таким образом, если у вас есть отладочная информация («символы»), то вы сможете построить стек вызовов.

FPO был включен для всех модулей Windows, начиная с NT 3.51. Но начиная с Windows Vista FPO был отключен — поскольку он стал не нужен: машины стали значительно быстрее машин 1995 года, так что небольшой выигрыш в производительности от FPO не покрывал его пенальти на отладку и анализ.

Читать на сайте автора.

Мне очень нравятся Build Events в Delphi. Это когда с проектом можно связать некую команду (например, cmd-скрипт), которая будет выполняться перед сборкой (или после сборки) приложения. Будь то по F9, либо при внешней сборке с помощью MSBuild. Мне это нужно для актуализации автогенерируемого кода, используемого проектом.
На днях занимался оптимизацией Prebuild-события, постоянно правил свой cmd-скрипт, и мне очень быстро надоело переключаться между Delphi и Notepad++ (в котором редактировал скрипт). Немного покопавшись в ToolsApi, у меня получилось сделать подсветку синтаксиса для CMD/BAT-файлов.
Выглядит это так:

Это в меню Tools Options. Как это выглядит в самом редакторе – см. ниже.
Пока сделал на скорую руку (осторожно, черновой код!), исходник доступен тут: https://github.com/delphinotes/Useful/tree/master/CMDHighlighter
Устанавливается так:

1. Открываем CMDHighlighter.dproj.
2. В опциях проекта указываем суффикс – в зависимости от версии Delphi (210 – это для Delphi XE7), см. последний столбец http://docwiki.embarcadero.com/RADStudio/XE7/en/Compiler_Versions
   
3. В Project Manager’е делаем Install.
   Если не захочет устанавливаться, то можно удалить dproj-файл, открыть dpk-файл и сделать как в пункте 2.
4. Подсветка установлена, теперь необходимо связать её с cmd-файлами. Рекомендую делать так:
   • File Close All
   • Tools Options –> Editor Options Source Options –> New…Ввести CMD/BAT, нажать OK
   • В поле Extensions ввести cmd;bat
   • Установить флажок Use syntax highlight и выбрать CMD/BAT Highlighter в комбобоксе:
     
   • Остальные флажки и значения – по вкусу.

А вот как выглядит кусочек моего Prebuild-скрипта:

Спасибо за внимание 🙂

Читать на сайте автора.