OSDev

для всех
Текущее время: 23 май 2018, 13:49

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 23 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Re: Выравнивание и кэш
СообщениеДобавлено: 10 апр 2015, 16:55 
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2007, 23:46
Сообщения: 1088
dragon писал(а):
Цитата:
В чем магия числа 8? Почему не 4? 32-битная платформа ведь

Магия числа 8 в 64-разрядной шине. 32-битная не платформа а код.

1) Комментарий следующий из грамматики не поясняет смысл сказанного. Какая шина между чем и чем?
2) За один Load загружается регистр XMM, а он 128 битный. И насколько помню там 1 такт на загрузку. И это было до появления 512 битного расширения команд. Так что шина между портом и кэшем всё же шире.
8 байт связанно с тем что 16-байтная шина (128 бит) делится на две части одна часть для загрузки другая для выгрузки.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Выравнивание и кэш
СообщениеДобавлено: 10 апр 2015, 18:09 
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 16 май 2007, 23:46
Сообщения: 1088
Freeman писал(а):
pavia писал(а):
Думаю что выравнивание в структурах данных нужно только для store to load forwarding.

А в каких процессорах оно появилось? В интернетах видел ссылки на Intel Core. А ведь Delphi 6 выпущен 12 лет назад, когда был только Pentium 4.

Появилось в Pentium 4.

Прочитал более старый мануал. Теперь я могу ответить почти полностью на ваш вопрос.
Но первое хочу сказать что.
1) Директива {$Align} хотя и равнозначна {$A8} но выравнивание у компилятора Delphi 6 хитрое.
Вот описание от Delphi очень плохое.
Цитата:
The $A directive controls alignment of fields in Delphi record types and class structures.

In the {$A1} or {$A-} state, fields are never aligned. All record and class structures are packed.

In the {$A2} state, fields in record types that are declared without the packed modifier and fields in class structures are aligned on word boundaries.

In the {$A4} state, fields in record types that are declared without the packed modifier and fields in class structures are aligned on double-word boundaries.

In the {$A8} or {$A+} state, fields in record types that are declared without the packed modifier and fields in class structures are aligned on quad word boundaries.


Что там написано. Если вникать в смысл то он прост. Поля выравниваются так что-бы не пересекать границу в 1,2,4,8 байт. По умолчанию 8.

Это не значит что в структуре между a и b будет 7 байт.
Код:
 
 record
   a,b:Byte;
 end;

Тут байты будут идти вместе! Это так, потому что байт физически не может пересечь границу.

Чтобы было понятен алгоритм выравнивания привожу совет от интела по выравниванию.

Цитата:
Assembly/Compiler Coding Rule 45. (H impact, H generality) Align data on
natural operand size address boundaries. If the data will be accessed with vector
instruction loads and stores, align the data on 16-byte boundaries.
For best performance, align data as follows:
• Align 8-bit data at any address.
• Align 16-bit data to be contained within an aligned 4-byte word.
• Align 32-bit data so that its base address is a multiple of four.
• Align 64-bit data so that its base address is a multiple of eight.
• Align 80-bit data so that its base address is a multiple of sixteen.
• Align 128-bit data so that its base address is a multiple of sixteen.


Теперь понятно что {$A8} задаёт максимальный множитель равный 8! Отсюда очевидно, что пропусков в сложной структуре будет мало.


Почему Delphi выбрала 8 а не 4 или не 16? Есть три причины.
а) Большое выравнивание больше пропусков и данные будут хуже попадать в кэш второго уровня. Хотя если их переупорядычить, то пропусков почти небудет. И тогда лучше выбрать границу 16. Только Delphi это не поддерживает, а зря.
б) Типы которые поддерживает Delphi: byte, word, integer, single, real(double), Extended.
SSE - дельфи не поддерживает и выравнивание для 128 бит не нужно. А Extended Delphi практически не использует. Основной тип Real является 8 байтным.
Тем более вот что пишет интел в ещё более сатром мануэле.

Цитата:
3.5.1.6 ALIGNING DATA IN MEMORY AND ON THE STACK
Accessing 64-bit variables that are not 8-byte aligned costs an extra three cycles on the
Pentium processor. When such a variable crosses a 32-byte cache line boundary it can cause
a DCU split in Pentium Pro and Pentium II processors. Some commercial compilers do not
align doubles on 8-byte boundaries. If, by using the Misaligned Accesses performance
counter, you discover your data is not aligned, the following methods may be used to align
your data:
· Use static variables.
· Use assembly code that explicitly aligns data.
· In C code, use malloc to explicitly allocate variables.


в) Третья причина это как я уже писал store to load forwarding(передача от выгрузке к загрузке). У Delphi - плохо с оптимизацией и она хранит переменные в памяти, а не в регистрах. Поэтому для Delphi это существенно. Тем более как заверяет интел эта оптимизация даёт до 4 кратного прироста.

Почему плохо пересекать границу? Дело в том что если какое либо число окажется на границе то по сути это вызовет дополнительный запрос к кэшу. А это ещё +3 такта (в лучшем случае). Так на выставление адреса так на проверку попадания в кэш и такт на чтение. Что по сути приводит в данном случае к 2-х кратной потере скорости. В общей числе команд запросов к памяти много и попасть на пересечение границ велико. Но вот сколько реально в цифрах я не видел. Да и с выходом новых процессоров трудно протестировать кэш.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Выравнивание и кэш
СообщениеДобавлено: 10 апр 2015, 20:42 
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 28 май 2012, 23:44
Сообщения: 237
Откуда: Санкт-Петербург
pavia писал(а):
Если вникать в смысл то он прост. Поля выравниваются так что-бы не пересекать границу в 1,2,4,8 байт. По умолчанию 8.

Да, это совпадает с объяснением Himik-а. Правила выравнивания ведь не зависят от языка, а задаются аппаратурой? На ARM свои заморочки. Мой вопрос был не про Delphi, а вообще. Хотелось узнать первопричину появления конкретных цифр в компиляторах.

pavia писал(а):
SSE - дельфи не поддерживает и выравнивание для 128 бит не нужно. А Extended Delphi практически не использует. Основной тип Real является 8 байтным.

Extended в Delphi активно используется библиотечными процедурами, но он передается через регистр сопроцессора, ибо используется соглашение вызова register. А SSE поддерживается встроенным ассемблером Delphi, и появился SSE именно в Delphi 6, если не путаю. Выравнивание на 8 байт также появилось в Delphi 6, в Delphi 5 можно было только на 4. Опять же, если не путаю. После нашего исследования становится ясно, что это не блажь разработчиков компилятора, а нормальное техническое решение, имеющее под собой четкую основу. Стал популярен Pentium 4 -- поменялись и компиляторы. Предполагаю, что в MSVC выравнивание на 8 байт появилось примерно в то же время, вместе с Penitum 4. Пусть кто-нибудь подвердит или опровергнет.

pavia писал(а):
У Delphi - плохо с оптимизацией и она хранит переменные в памяти, а не в регистрах.

Достаточно посмотреть в ассемблерный подстрочник, чтобы увидеть, что это не всегда так. Какие-то оптимизации есть, но их недостаточно, если сравнивать с MSVC, например.

Опытным путем я также выяснил, что в class-ах и object-ах Delphi переупорядочивает поля, чтобы добиться наименьшего размера. То есть в памяти поля могут идти не в той последовательности, в какой описаны. Это правильно, поскольку классы и объекты -- высокоуровневые абстракции, в отличие от записей. Это в тему о том, чем отличаются классы от структур с точки зрения разработчика компилятора.

А в C++ есть переупорядочивание полей в классах?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 23 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3

Часовой пояс: UTC + 3 часа


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
cron
Создано на основе phpBB® Forum Software © phpBB Group
Русская поддержка phpBB