JPH09319587A - 計測情報を使ったポストオプティマイズによるプログラムの生成方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実行時に使用する命令列を計測することによ
り、目的プログラムから最適化したプログラムを得る最
適化方式。 【解決手段】目的プログラムを計測プログラムへ変換す
る変換装置と、計測プログラムと連携して計測を行う計
測装置と、計測プログラムを実行することによって得ら
れる計測情報を元に目的プログラムを最適化プログラム
へと変換する最適化用変換装置とを用いて、目的プログ
ラムから最適化プログラムを生成する最適化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プログラムの最適
化方式に関し、特に、計測情報を用いた最適化プログラ
ムの生成方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンパイラにおける目的プログラムの最
適化手法の従来技術として、例えば特開平４−１６５５
３７号公報には、利用者がプログラムの動作や振る舞い
を意識することなく、最適なインライン展開を行うこと
ができるプログラム自動インライン展開方式を提供する
ことを目的として、原始プログラム（ソースプログラ
ム）を解析してどのプログラム単位からどのプログラム
単位が呼び出されるかを解析し、原始プログラムを解析
して各文の実行回数を推定し、解析結果からどのプログ
ラム単位からどのプログラム単位の呼び出しをインライ
ン展開するのかを決定し、インライン展開手段が決定さ
れたプログラム単位をそのプログラム単位を呼び出すプ
ログラム単位の中に展開するようにしたコンパイラの構
成が示されている。すなわち、上記公報記載の方式にお
いては、ソースプログラムのみを入力として用い、静的
な情報のみに基づいて、変数代入のループ外への移動や
パイプラインでの効率改善のための命令順の置き換えな
どの最適化が行われている。

【０００３】また、プロファイラーと呼ばれるツールを
用いて、プログラムの実行環境での振る舞いを計測する
ことも行われている。しかし、この場合、プログラムの
改善は人手によりソースプログラムを書き直すというや
り方が一般的である。

【０００４】また特開平１−１１１２３６号公報には、
パイプライン方式計算機においてプログラムが多く動く
方向に先読みが行われれば、高い性能が得られるが、先
読み方向の指示はプログラマがプログラム作成時に指定
する方法や、コンパイラが発生する方法が考えられる
が、これらの方法ではプログラマの負担が増えたり、最
適なプログラムが得られにくいという問題点があるた
め、これを解消すべく、分岐命令にトラップをかける機
能を有するトラップ手段と、そのトラップをマスクする
ことができるプログラムでセット／リセットが可能なマ
スクフラグを備えた計算機が提案されている。これは、
ハードウェアを用いて計測を行い最適化を実施する手法
であるが、この場合は専用のハードウェアを用意しなけ
ればならないという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の最適化方式においては、静的な解析のみによりプログ
ラムの最適化を行う場合、現実の実行時に有効な命令列
を生成できるとは限らないという問題点を有している。

【０００６】この理由は、プログラムの静的情報には、
プログラムの実行時において、どのような入力を処理す
るかが記述されているが、実行の頻度や、同時に利用さ
れる機能の組合せについての情報を欠き、このため、静
的な解析による命令列の最適化では実行時の性能改善に
必ずしも有効でない場合があることによる。

【０００７】一方、上記従来方式の計測手段により、そ
の結果を人手で反映する方法もあるが、この方法は人手
作業を要し、また、人手による変換作業では人為ミスが
混入する場合もあるという問題点を有している。

【０００８】さらに、上記従来技術の第２の問題点とし
て、関数をインライン展開する場合に、静的解析情報の
みで適当なインライン展開を行おうとした場合、十分な
情報が得られずに無駄な展開を行うことがあるというこ
とである。

【０００９】より具体的には、関数呼び出しを行う部分
が何回呼び出されるかが分からないと、１回しか呼び出
されない呼出し命令を関数と置き換えてしまい、その結
果記憶領域が無駄になる。しかし、ループ中などにある
呼出し命令では、実際の環境で、どのような条件で使用
されるかにより、実行される回数が異なるため、静的解
析により、実行回数を推定することは困難である。

【００１０】従って本発明は、上記事情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、実行時に使用する命令列
を計測することにより、最適化したプログラムを得るこ
とができるようにした最適化方式及び方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、プログラムの分岐命令列及び／又はイン
ラインの展開を最適化する方式において、プログラムが
実行時に使用する命令列を計測する手段と、プログラム
の静的な分析結果と共に、この計測手段により得られ
る、実行時に使用する命令列の計測結果を用いることに
より、計測時のように処理が行われた場合に効率良く処
理される命令列が得られるように、前記プログラム中の
命令列を自動的に再配置する手段と、を備えたことを特
徴とするプログラムの最適化方式を提供する。

【００１２】本発明の概要を以下に説明する。本発明に
おいては、実際に命令列が実行される環境で計測した情
報を元に、基本ブロック単位の実行の頻度や同時に実行
される機能の組み合わせを考慮することにより、静的な
解析だけでは推定できない、実際に実行される確率が高
い命令を優先することにより、有効な命令列を生成す
る。これにより、プログラムの実行時の性能を改善する
ことができる。

【００１３】また、本発明においては、インライン展開
を行おうとした場合に、関数呼出しを行う部分が何回呼
び出されるかを計測し、置き換えられる命令列の長さに
見合う呼び出し回数の呼出し命令のみを関数と置き換え
ることにより、記憶領域を有効に活用できる。例えば呼
び出し頻度の高い関数呼び出しをインライン展開する。

【００１４】このように、本発明によれば、計測結果を
利用することにより、静的な解析のみでは知り得ないプ
ログラムの振る舞いを、命令列の最適化のために用いる
ことができる。このため、命令列を読み込む際のパイプ
ライン処理がより効率的になるように命令列の配置を最
適化することが可能となる。また、計測結果に基づき、
命令の呼出し順序を検討することにより、実行時にキャ
ッシュから読み出される命令列が最大になるように（キ
ャッシュ・ヒット率を向上するように）、命令列を配置
することができる。また、頻度の高い関数呼出しのみを
インライン展開することにより、記憶域を無駄に消費す
ることなく、効率的な実行が可能な命令列を生成でき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して以下に詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の実施の形態の構成をブロ
ック図にて示したものである。

【００１７】図１を参照すると、本発明の実施の形態
は、目的プログラム１から計測用プログラム３を生成す
る計測用変換装置２と、計測用プログラム３と連携して
動作させることにより計測情報６を採取する計測用装置
４と、計測情報６と最適化パラメタ７から最適化プログ
ラム９を生成する最適化用変換装置８と、を備えて構成
されている。

【００１８】本発明の実施の形態の動作について以下に
説明する。

【００１９】まず、計測用変換装置２の処理動作につい
て、図４の流れ図を参照して以下に説明する。計測用変
換装置２は、目的プログラム１を読み込み（ステップ１
０１）、目的プログラム１中の分岐命令、及び、関数呼
び出し命令（関数呼出し命令は基本ブロックに含まれる
が入り口を検出するために必要）を基に目的プログラム
１を基本ブロック入り口と出口がそれぞれ１つしかない
命令列に分割し（ステップ１０２）、各基本ブロックの
呼出し情報を、計測用装置４を通して計測情報６として
書き出すための命令を付加した計測用プログラム３を生
成し（ステップ１０３）、計測用プログラム３を書き出
す（ステップ１０４）。これにより計測用変換装置２に
よる処理が完了する。

【００２０】次に、図５の流れ図を参照して、計測用装
置４の処理動作を説明する。利用者が実行環境５におい
て、計測用変換装置２によって出力された計測用プログ
ラム３を走行させることにより、計測用プログラム３か
ら計測用装置４が呼び出される。まず、起動時には計測
用装置４の初期化処理が呼び出され（図５（Ａ）参
照）、利用者から走行ＩＤ（走行ＩＤとは、複数の走行
パターンを実行する場合にそれぞれの走行を区別するた
めの識別コードをいう）を取得して計測用装置４内に格
納し（ステップ２０１）、計測用装置４内の基本ブロッ
クに対して設けられたカウンタがクリアされる（ステッ
プ２０２）。

【００２１】つづいて、計測用プログラム３の各々の基
本ブロックが走行するつど、計測用装置４の計測装置が
呼び出され（図５（Ｂ）参照）、基本ブロックのカウン
タが加算されて行く（ステップ２０３）。最後に計測用
装置４の終了処理が呼び出され（図５（Ｃ）参照）、走
行ＩＤと基本ブロックのカウンタが計測情報６として記
録される（ステップ２０４）。

【００２２】利用者は、計測情報６を十分に採取した後
に、走行ＩＤ単位の重み付けを、最適化パラメタ７とし
て用意する。

【００２３】図６の流れ図を参照して、最適化用変換装
置８の処理動作を以下に説明する。すなわち、利用者が
最適化用変換装置８を起動すると、目的プログラム１の
読み込みが行われ（ステップ３０１）、基本ブロックへ
と分割され（ステップ３０２）、計測情報６と最適化パ
ラメタ７とが読み込まれ、基本ブロックの統計情報とし
て格納される（ステップ３０３）。格納された統計情報
を基に処理順序の並べ替え処理が実行される（ステップ
３０４）。

【００２４】ステップ３０４において、処理順序の並び
替えは、サブルーチンとして呼び出される。図７に、処
理順序の並び替えのサブルーチンの処理フローを流れ図
にて示す。まず基本ブロックが探索され（ステップ３１
０）、分岐が低確率の方を優先されているかがチェック
され（ステップ３１１）、更に、並べ替えの対象となる
基本ブロックの大きさが評価される（ステップ３１
２）。

【００２５】ここで、図２（Ａ）に示される命令列のよ
うに、元のプログラムでは、低確率の処理が優先されて
いるが、命令長が短い場合には、図２（Ｂ）に示すよう
に並べ替えが行われる（図７のステップ３１４）。すな
わち、図２を参照して、条件分岐命令“ｊｅ ｒｅｇ１
Ｌ２”よりも先に実行される条件分岐命令である“ｊ
ｅ ｒｅｇ１ Ｌ１”の後の基本ブロック１（確率３
％）の方が、条件分岐命令“ｊｅ ｒｅｇ２ Ｌ２”の
後に配置された基本ブロック２（確率９５％）よりも低
確率であり、条件分岐命令“ｊｅ ｒｅｇ２ ラベル”
とブロック２を先に配置し、ブロック１の命令長が短い
場合には、例えばキャッシュのヒット率等を考慮して関
数化することなく、図２（Ｂ）に示すようにブロック２
の後ろに条件分岐命令“ｊｅ ｒｅｇ１ ラベル”を介
して配置する。

【００２６】また、図３（Ａ）に示される命令列のよう
に、低確率の処理が優先されているが命令列が長い場合
には、図３（Ｂ）に示すように、関数化（サブルーチン
化）が行われる（図７のステップ３１３）。すなわち、
図３（Ｂ）を参照して、低確率（３％）のブロック１は
その前の条件分岐命令“ｊｅ ｒｅｇ１ Ｌ１”（レジ
スタｒｅｇ１の値が０の時ラベルＬ１に分岐）と共にサ
ブルーチンＳｕｂ１として低確率（２％）のブロック３
と共に外部にまとめられ、一方、高確率（９５％）のブ
ロック２は条件分岐命令“ｊｅ ｒｅｇ２ Ｌ１”に続
いてサブルーチン呼び出し文（ｃａｌｌ ｓｕｂ１）の
前方に配置換えされている。これらの並べ替えにより、
命令列が実際の環境で動作する際の実行時間を短縮する
命令列が生成される。

【００２７】再び図６を参照して、格納された統計情報
を元にインライン展開の処理が実行される（ステップ３
０５）。

【００２８】図８は、インライン展開処理のサブルーチ
ンを流れ図にて示したものである。図８を参照して、基
本ブロックの中で実行される確率の高い基本ブロックを
探索し（ステップ３２０）、該当する基本ブロック中に
関数の呼出しがあるかがチェックされ（ステップ３２
１）、呼び出される関数の命令列の長さが呼出し確率に
対して短いかがチェックされ（ステップ３２２）、両方
のチェックが成立した場合に、呼び出される関数のイン
ライン展開する（ステップ３２３）。

【００２９】再び図６を参照して、これらの最適化処理
が終了すると、最適化プログラム９が生成される（ステ
ップ３０６）。

【００３０】以上により、本発明の実施の形態の動作で
ある最適化の処理が完了する。

【００３１】

【実施例】上記した本発明の実施の形態を更に詳細に説
明すべく、本発明の実施例について図面を参照して詳細
に説明する。

【００３２】図９は、本発明の一実施例を説明するため
の図であり、入力となるプログラム例を示している。ま
た、図１０は、計測用プログラム、図１１は、最適化さ
れたプログラムの一例をそれぞれ示している。なお、図
９に示すアセンブラ命令のプログラムリストは、例えば
Ｃ言語等の高水準言語によるプログラムをコンパイルし
て得られた目的プログラム（オブジェクトプログラム）
のアセンブルリスト（ニーモニックコード）を示してお
り、またラベル＠０、＠６等はコンパイラが自動で割り
付けて生成している。

【００３３】本発明の実施例において、図９に示すプロ
グラム１は、計測用変換装置２により、図１０に示すよ
うな計測用プログラム３の形に変換される。この変換
は、目的プログラム１が、ステップ１０１（図４参照）
により読み込まれ、図６のステップ１０２の処理によ
り、基本ブロックである分岐命令の前後に分割されるこ
とにより、ステップ１０３で、条件分岐命令の直後、ま
たは、条件分岐命令の分岐先、または、呼び出し命令の
呼び出し先に、計測用装置の呼び出し命令（ｃａｌｌ
ｃｏｕｎｔ）が埋め込まれる。

【００３４】計測装置呼び出し命令が埋め込まれた命令
列は、図４のステップ１０４の処理により、計測用プロ
グラム３として書き出され、図１０に示すような命令列
となる。

【００３５】次に利用者が実行環境５において、計測用
プログラム３に相当する、図１０に示す命令列の命令列
を１回実行し、実行された際に計測情報として各計測装
置呼び出し命令での実行回数が、図１０において、各計
測用呼び出し命令（ｃａｌｌｃｏｕｎｔ）の右側に示す
数値となったものとする。また、計測結果は１回のみと
し、走行ＩＤでの重み付けは１００％（＝１）であった
とする。

【００３６】この結果が、計測用装置４によりカウント
され、計測情報６として記録される。

【００３７】この計測情報６をもとに最適化用変換装置
８は、高確率な分岐を優先するように並べ替えを行う。

【００３８】図１０を参照して、この実施例では呼び出
される関数の実行回数として、ｆｕｎｃ２が８００回、
ｆｕｎｃ１が１００回、ｆｕｎｃ３が５０回、ｆｕｎｃ
４が５０回、ｅｘｉｔが１０回という結果となってい
る。

【００３９】最適化用変換装置８は、目的プログラム１
を読み込み（図６のステップ３０１）、基本ブロックに
分割する（ステップ３０２）。

【００４０】次に、ステップ３０３で、計測情報６と最
適化パラメタ７とが読み込まれる。今回の最適化パラメ
タ７は走行回数が１回であるために統計情報は図１０に
示す値と同じ値となる。

【００４１】格納された統計情報を基に、ステップ３０
４において、命令列の並べ替えを行うが、基本ブロック
２は１０回実行されていて、基本ブロック３は１０００
回実行されている。

【００４２】そこで命令列の並べ替えが実行されるが、
基本ブロック２へと分岐する条件命令列は、 ｃｍｐ ｄｉ，０ ｊｎｅ ＠１ となっている（ｄｉと０とを比較し、一致しなければラ
ベル＠１へジャンプ）。

【００４３】基本ブロック３の条件分岐形式も同様に、 ｃｍｐ ｄｉ，１ ｊｎｅ ＠２ となっているので、条件命令から先を交換することが可
能である。

【００４４】したがって、並べ替えは、 ｃｍｐ ｄｉ，１ ｊｎｅ ＠２ が先頭に来る形へ変換される。

【００４５】この並べ替えにより、基本ブロック３が先
頭に処理される形式へ変換される。以下同様に基本ブロ
ックの並べ替えが行われることにより、図１１に示すよ
うな、命令列へと並べ替えが行われる。

【００４６】図１１は、この結果を反映した順序に命令
列の再配置が行われた最適化が施された結果のプログラ
ムを示している。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分岐処理の最適化を行うことにより、プログラムの処理
速度の向上を可能とするという効果を奏する。

【００４８】この理由は、本発明においては、実行され
る確率が最も高い処理を、最初に判定することにより、
その後の無駄な判定を行わないことによる。すなわち、
実行確率の低い処理への分岐を判定する条件分岐は後方
に再配置される。

【００４９】また、本発明によれば、処理確率が高い関
数をインライン展開することにより必要以上の命令列を
生成することなく、処理速度の向上を達成するという効
果を奏する。

【００５０】この理由は、関数をインライン展開すると
関数呼出しに伴うオーバーヘッドが減少することによ
る。また、本発明によれば、関数のインライン展開を命
令列の長さに応じて判断しているため、機械的に全ての
関数をインライン展開する必要がないので、必要以上の
命令列を生成することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明するためのブロック
図である。

【図２】（Ａ）本発明の実施の形態の動作を説明するた
めの図であり、元の命令列を示した図である。 （Ｂ）本発明の実施の形態の動作を説明するための図で
あり、並べ替えが行われた結果を示す図である。

【図３】（Ａ）本発明の実施の形態の動作を説明するた
めの図であり、命令列を示した図である。 （Ｂ）本発明の実施の形態の動作を説明するための図で
あり、関数化が行われる場合の例を説明した図である。

【図４】本発明の実施の形態の動作を説明するための流
れ図であり、計測用変換装置の処理動作を説明するため
の図である。

【図５】本発明の実施の形態の動作を説明するための流
れ図であり、計測用装置の処理動作を説明するための図
である。

【図６】本発明の実施の形態の動作を説明するための流
れ図であり、最適化用変換装置の処理動作を説明するた
めの図である。

【図７】本発明の実施の形態の動作を説明するための流
れ図であり、処理順序の並べ替えサブルーチンの処理を
示す流れ図である。

【図８】本発明の実施の形態を説明するための図であ
り、インライン展開のサブルーチンの処理を示す流れ図
である。

【図９】本発明の一実施例を説明するための図であり、
入力となるプログラムの一例を示した図である。

【図１０】本発明の一実施例を説明するための図であ
り、計測用プログラムの一例を示した図である。

【図１１】本発明の一実施例を説明するための図であ
り、最適化されたプログラムの一例を示した図である。

【符号の説明】

１ 目的プログラム ２ 計測用変換装置 ３ 計測用プログラム ４ 計測用装置 ５ 実行環境 ６ 計測情報 ７ 最適化パラメタ ８ 最適化用変換装置 ９ 最適化プログラム １０１〜１０４ 計測用変換装置の処理工程 ２０１〜２０４ 計測用装置の処理工程 ３０１〜３０６ 最適化用変換装置の処理工程 ３１０〜３１４ 処理順序の並べ替え処理 ３２０〜３２３ インライン展開処理

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プログラムの分岐命令列及び／又はインラ
   インの展開を最適化する方式において、 プログラムが実行時に使用する命令列を計測する手段
   と、 プログラムの静的な分析結果と共に、この計測手段によ
   り得られる、実行時に使用する命令列の計測結果を用い
   ることにより、計測時のように処理が行われた場合に効
   率良く処理される命令列が得られるように、前記プログ
   ラム中の命令列を自動的に再配置する手段と、を備えた
   ことを特徴とするプログラムの最適化方式。
2. 【請求項２】プログラムの実行時における条件分岐命令
   の分岐の方向を動的に観測するための監視用命令を前記
   プログラム中に挿入し、 前記監視用命令が挿入されたプログラムを実行して、前
   記条件分岐命令の分岐の仕方に応じて実行の有無が制御
   される処理単位（「ブロック」という）の実行状況を観
   測情報として取得し、 前記観測情報に基づき、前記ブロックの処理順序の並び
   替えを自動で行うことを特徴とするプログラムの最適化
   方法。
3. 【請求項３】前記観測情報に基づき、条件分岐命令を介
   して相対的に低確率のブロックよりも相対的に高確率の
   ブロックの方が先に配置されている場合には、前記高確
   率のブロックが先に実行されるように再配置し、前記低
   確率のブロックをその命令列の長さに応じて関数化する
   ことを特徴とする請求項２記載のプログラムの最適化方
   法。
4. 【請求項４】前記観測情報に基づき、相対的に高確率の
   ブロックが関数呼び出しを行う場合に、前記関数の命令
   列の長さに応じて該関数をインライン展開することを特
   徴とする請求項２記載のプログラムの最適化方法。