JPH11167492A - ループ飛び出し文を含むループに対する配列サマリ解析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ソースプログラムから目的プログラムを生成す
る言語処理系において、ループ飛び出し文を含むループ
に対して配列サマリ解析の精度を向上し、配列プライベ
ート化の適用性を向上する。 【解決手段】ループ飛び出し文およびループ飛び出し時
のループ制御変数の値をスカラ変数に設定する文がルー
プ内に含まれる場合には、ループの本体の配列サマリに
おいてループ制御変数の上限をこのスカラ変数で置き換
え、この結果から変数消去法でループ制御変数を消去し
た結果をループの配列サマリとすることにより、近似無
しで配列サマリを計算する。 【効果】ループ飛び出し時のループ制御変数の値をスカ
ラ変数に設定する文を含むループに対して、配列プライ
ベート化の適用性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ループ飛び出し文
を含むループに対して近似無しで配列サマリ解析を行う
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】並列化コンパイラでは、プログラムの実
行性能を向上するために、種々の並列化変換をプログラ
ムに実施する。並列化変換は主にループに対して適用さ
れるが、各ループに任意の並列化変換が適用できるわけ
ではなく、どの並列化変換が適用できるかを判定する必
要がある。

【０００３】並列化変換の適用性判定の核になるのは、
ループ内でのデータの参照状況解析である。ループ内で
参照されるデータには、スカラ変数と配列がある。スカ
ラ変数の参照では常に同じメモリ領域が参照される。こ
れに対して、配列は、添字の値によって別のメモリ領域
が参照されるため、ループ内でどの配列のどの部分がど
のように参照されるかを解析する必要がある。

【０００４】そこで、並列化コンパイラでの並列化変換
適用性判定の手段として、ループ内で参照される各配列
の配列部分及び参照の性質を解析する配列サマリ解析が
開発されている。配列サマリ解析については、文献１
「M. Hall, B. Murphy, S. AmarＡＳinghe, S. Liao,
M. Lam, Interprocedural analysis for parallelizati
on, Proceedings of the 8th International Workshop
on Languages and Compilers for Parallel Computing,
Springer-Verlag, August 1995.」に示されている。

【０００５】例として、図４のプログラムで、配列Ａに
対して配列プライベート化と呼ばれる並列化変換の適用
性を判定する場合の配列サマリ解析について説明する。
配列サマリ解析では、最内側ループから外側ループに向
かってボトムアップに、また、プログラムの実行順序に
ついて逆順に、配列の参照状況を解析し、図８の配列サ
マリを求める。

【０００６】ただし、図８において、Ｒは文やループ本
体、ループなどのプログラム部分を表す。なお、ループ
本体とはループ内の文全体であり、例えば図４のループ
Ｌ２の本体は文Ｓ２のみである。以下、ループＬに対し
てループＬの本体をＬ（ｂｏｄｙ）で表す。ループ本体
の配列サマリは、ループの１回のイタレーション(ルー
プの１回分の繰り返し)に対する配列サマリであり、ル
ープの配列サマリは、ループの全イタレーションに対す
る配列サマリである。

【０００７】まず文Ｓ２での配列サマリは、図９(a)の
ようになる。ループＬ２は文Ｓ２しか含まないので、ル
ープＬ２の本体の配列サマリは、Ｓ２の配列サマリその
ものとなり、図９(b)のようになる。Fourier-Motzkin変
数消去法などの変数消去法を用いてループＬ２の本体の
配列サマリからループＬ２のループ制御変数Ｋを消去す
ることにより、ループＬ２の配列サマリは図９(c)のよ
うになる。同様の処理を文Ｓ１及びループＬ１に対して
行うことにより、ループＬ１の配列サマリは図９(d)の
ようになる。次に、ループＬ１とループＬ２の配列サマ
リからループＬ０の本体の配列サマリを求めると、図９
(e)のようになる。

【０００８】図９(e)において、ループＬ０の本体で配
列ＡのＥｘｐｏｓｅｄＲｅａｄが空集合になることか
ら、Ｌ０の各イタレーションで値を読み出される全ての
配列部分は、同イタレーション内で予め値を設定済みで
あることが分かる。よって、ループＬ０の各イタレーシ
ョンでは、他のイタレーションで設定した配列要素の値
を読み出すことが無いことが分かる。そこで、ループＬ
０の各イタレーションで別々の配列ＴＡ（１：Ｎ）を用
意して配列Ａの代わりに用いることにより、ループＬ０
の各イタレーションはお互いに無関係に実行できること
が分かる。このような変換を配列プライベート化と呼
ぶ。

【０００９】配列プライベート化を行うことにより、ル
ープＬ０の各繰り返しは独立に実行できるので、図５の
ように並列化することができる。ただし、ＤＯＡＬＬは
並列化ループの始まりを示す。また、文Ｓ０は、配列Ｔ
Ａ（１：Ｎ）のメモリ領域をループの各イタレーション
で別々に用意することを示す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ル
ープ内にループ飛び出しがある場合、近似して配列サマ
リ解析を行うと記述されている。しかしながら、具体的
な近似方法は上記従来技術では示されていなかった。

【００１１】なお、一般に、参照の可能性を示す集合に
ついては、実際の集合を含む集合で近似すればよく、参
照の必然性を示す集合については、実際の集合に含まれ
る集合で近似すれば良いことが知られている。よって、
ループに対する配列サマリのうち、値が書き込まれる可
能性がある配列部分の集合と、値が読み出される可能性
がある配列部分の集合と、値が書き込まれる前に読み出
される可能性がある配列部分の集合は、ループ飛び出し
が無い場合の配列サマリで近似し、必ず値が書き込まれ
る配列部分の集合は空集合で近似すれば、ループ飛び出
しを含むループに対しても配列サマリ解析が行える。

【００１２】このように、従来技術の拡張により、ルー
プ飛び出しを含むループに対する配列サマリ解析を行う
方法が考えられる。

【００１３】しかし、上記のような従来技術の拡張で
は、近似により解析精度が不足し、並列化変換が実際に
は適用可能であるにもかかわらず、適用不能と判断して
しまう場合があるという問題があった。

【００１４】例えば、図６のプログラムでは、ループＬ
１がループ飛び出しを含んでいるため、ループＬ１で必
ず値が書き込まれる配列部分の集合ＭｕｓｔＷｒｉｔｅ
（Ｌ１）が空集合で近似される。そのため、図１０に示
すように、ループＬ０の本体の各イタレーションで値が
書き込まれる前に読み出される可能性がある配列部分の
集合、即ち、ＥｘｐｏｓｅｄＲｅａｄ（Ｌ０(body)）が
空集合にならず、ループＬ０で配列Ａをプライベート化
できると判定できなかった。そのために、ループＬ０の
並列化も実施できなかった。

【００１５】本発明の目的は、ループ飛び出し文を含む
ループに対して配列サマリ解析の精度を向上し、配列プ
ライベート化の適用性を向上することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、ソースプログラムから目的
プログラムを生成する言語処理系における配列サマリ解
析方法であって、(a)ソースプログラムの構文解析を行
い中間コードを生成する構文解析ステップと、(b)該中
間コード内の各ループ内に対して、該ループで値が書き
込まれる可能性がある配列部分の集合と、該ループで必
ず値が書き込まれる配列部分の集合と、該ループで値が
読み出される可能性がある配列部分の集合と、該ループ
で値が書き込まれる前に読み出される可能性がある配列
部分の集合とから構成される配列サマリを生成する配列
サマリ解析ステップと、(c)該配列サマリを元に、該中
間コード内のループに対して配列プライベート化を行う
配列プライベート化ステップと、(d)前記ステップ(c)の
書き換え後の中間コード内のループに対して並列化を行
うループ並列化ステップと、(e)前記ステップ(d)の書き
換え後の中間コードに対して目的プログラムを生成する
目的プログラム生成ステップとを含み、前記ステップ
(b)が、(f)ループ飛び出し文およびループ飛び出し時の
ループ制御変数の値をスカラ変数に設定する文を含むル
ープに対して該スカラ変数の値をループ制御変数の上限
として配列サマリを計算するループ飛び出し時制御変数
値配列サマリ解析ステップを含むことを特徴とする。

【００１７】請求項２に係る発明は、請求項１の前記ス
テップ(f)において、ループ飛び出し文およびループ飛
び出し時のループ制御変数の値をスカラ変数に設定する
文がループ内に含まれる場合には、該ループの本体の配
列サマリにおいて該ループのループ制御変数の上限を該
スカラ変数で置き換え、変数消去法で該ループ制御変数
を消去した結果を該ループの配列サマリとすることを特
徴とする。

【００１８】以上により、ループ飛び出し文を含むルー
プであっても、ループ飛び出し時のループ制御変数の値
をスカラ変数に設定する文がループ内に含まれる場合に
は、近似なしで配列サマリが計算されるので、配列サマ
リ解析の精度が向上し、配列プライベート化が適用可能
となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は、ループ飛び出し文を含
むループに対して近似無しで配列サマリ解析を行う方法
に関するものである。以下では、本発明の１実施形態を
図面を用いて説明する。

【００２０】図１は、本発明実施後の、言語処理系の構
成を示す。言語処理系２０は、ソースプログラム１０を
入力し、ループ並列化などの最適化を施したうえで、目
的プログラム３０を生成する。ソースプログラム１０
は、ＦｏｒｔｒａｎやＣなどのプログラミング言語で記
述されたプログラムであり、目的プログラム３０は、コ
ンパイラでは機械語命令であり、プリプロセッサではＦ
ｏｒｔｒａｎやＣなどのプログラミング言語である。

【００２１】以下では、ソースプログラム１０がＦｏｒ
ｔｒａｎで記述されたプログラムであり、目的プログラ
ム３０もＦｏｒｔｒａｎで記述されたプログラムである
場合を例にして説明する。すなわち、言語処理系２０が
プリプロセッサの場合について説明する。

【００２２】言語処理系は、２１，２２，２４，２５，
２６の各ステップから構成される。これらのうち、ステ
ップ２２では、ステップ２３の処理が追加されている
が、他のステップは、公知の技術である。よって、ステ
ップ２２以外については、簡単な説明に止める。

【００２３】まずステップ２１では、ソースプログラム
１０の構文解析を行い中間コード２８を生成する構文解
析を行う。

【００２４】ステップ２２では、中間コード２８の各ル
ープ部分に対して、ループの実行により値が書き込まれ
る可能性がある配列部分の集合と、ループで必ず値が書
き込まれる配列部分の集合と、ループで値が読み出され
る可能性がある配列部分の集合と、ループで値が書き込
まれる前に読み出される可能性がある配列部分の集合か
ら構成される配列サマリ２９を生成する配列サマリ解析
を行う。

【００２５】ステップ２２は、ステップ２３の処理を含
んでおり、ステップ２３では、ループ飛び出し文および
ループ飛び出し時のループ制御変数の値をスカラ変数に
設定する文の両方を含むループに対して、このスカラ変
数の値をループ制御変数の上限として近似無しで配列サ
マリ２９を計算するループ飛び出し時制御変数値配列サ
マリ解析を行う。なお、ステップ２２およびステップ２
３の詳細については、後述する。

【００２６】ステップ２４では、配列サマリ２９を元
に、中間コード２８内のループに対して配列プライベー
ト化を行う。ステップ２５では、ステップ２４の書き換
え後の中間コード２８内のループに対してループ並列化
を行う。ステップ２６では、ステップ２５の書き換え後
の中間コード２８に対して目的プログラム３０を生成す
る。

【００２７】上記の構成により、ループ飛び出し文を含
むループに対して、そのループがループ飛び出し時のル
ープ制御変数の値をスカラ変数に設定する文を含む場合
には、ステップ２３により近似無しで配列サマリ２９が
解析されるので、配列プライベート化２４の適用対象が
増える。即ち、配列プライベート化２４の適用性が向上
する。

【００２８】図２は、図１のステップ２２およびステッ
プ２３の詳細フローである。なお、図２のステップのう
ち、２２０，２３０，２３５，２３７が図１のステップ
２３の詳細である。なお、図２では、与えられたループ
Ｌに対して、配列サマリ２９を計算する。

【００２９】ステップ２１０では、ループＬの本体の配
列サマリ２９（以下、ＡＳと呼ぶ）を求める。ループ本
体の配列サマリ２９の解析方法は公知なので詳細は省略
するが、ループ本体の配列サマリ２９を解析するに当た
って内側ループの配列サマリ２９を求める場合には、図
１の処理を再帰的に呼び出す。

【００３０】ステップ２２０では、ループＬがループ飛
び出し文を含むか否か判定する。これが真の場合はステ
ップ２３０を実行し、偽の場合は、ステップ２５０を実
行する。

【００３１】ステップ２３０では、ループ飛び出し時の
ループＬのループ制御変数の値をスカラ変数に設定する
文がループＬに含まれるか判定する。この処理の詳細
は、後述するが、この結果が真の場合は２３５を実行
し、偽の場合は２４０を実行する。

【００３２】ステップ２３５では、配列サマリＡＳにお
いて、ループＬのループ制御変数に対する上限を前記ス
カラ変数で置きかえる。ステップ２３７では、ステップ
２３５で変更した配列サマリＡＳから、ループＬのルー
プ制御変数を消去し、この結果をＬの配列サマリとす
る。

【００３３】ステップ、２２０，２３０，２３５，２３
７により、ループ飛び出し文およびループ飛び出し時の
ループ制御変数の値をスカラ変数に設定する文を含むル
ープに対して、配列サマリ２９を近似無しに計算するこ
とが出来る。

【００３４】ステップ２４０では、ループ飛び出し時の
ループ制御変数の値をスカラ変数に設定する文が含まれ
ない場合の近似を行う。具体的には、値が必ず書き込ま
れる配列部分の集合を空集合にする。このステップの後
でステップ２５０を実行することにより、ループに対す
る配列サマリ２９のうち、値が書き込まれる可能性があ
る配列部分の集合と値が読み出される可能性がある配列
部分の集合と値が書き込まれる前に読み出される可能性
がある配列部分の集合は、ループ飛び出しがない場合の
配列サマリで近似され、必ず値が書き込まれる配列部分
の集合は空集合で近似される。

【００３５】ステップ２５０では、変数消去法により、
配列サマリＡＳからループＬのループ制御変数を消去
し、この結果をＬの配列サマリとする。

【００３６】なお、ステップ２３７は図１のステップ２
３の処理の一部のため、ステップ２５０と別の処理とし
たが、これらは同一の処理なので、ステップ２３５の処
理の次にステップ２５０を実行しても良い。

【００３７】図３は、図２のステップ２３０の詳細フロ
ーである。まずステップ３１０では、ループＬの本体の
先頭の文をＳとする。

【００３８】ステップ３２０では、Ｓがループ飛び出し
文であるか否か判定し、これが真の場合はステップ３３
０を実行し、偽の場合はステップ３４０を実行する。ス
テップ３３０では、ループ飛び出し時のループＬのルー
プ制御変数の値をスカラ変数に設定する文は無いと判定
して、処理を終わる。

【００３９】ステップ３４０では、Ｓが代入文で、か
つ、左辺がスカラ変数（以下、Ｖとする）、右辺がルー
プＬのループ制御変数であるか否か判定する。これが真
の場合は、ステップ３４２を実行し、偽の場合は、ステ
ップ３６０を実行する。

【００４０】ステップ３４２では、Ｓがループ飛び出し
文を支配するか否か判定する。これが真の場合は、ステ
ップ３４４を実行し、偽の場合はステップ３３０を実行
する。なお、文Ｓ１が文Ｓ２を支配するとは、プログラ
ムの先頭からＳ２に至る全てのパスでＳ１が予め実行さ
れることを示す。支配関係の解析は、公知の技術である
ので、詳細は省略する。

【００４１】ステップ３４４では、スカラ変数Ｖへの代
入文がループＬ中で１つであるか否か判定する。これが
真の場合は、ステップ３５０を実行し、偽の場合は、ス
テップ３３０を実行する。

【００４２】ステップ３４０，３４２，３４４により、
文Ｓでループ飛び出し時のループ制御変数の値をスカラ
変数Ｖに設定していることが判定できる。ステップ３５
０では、ループ飛び出し時のループＬのループ制御変数
の値をスカラ変数に設定する文はＳであると判定して、
処理を終わる。

【００４３】ステップ３６０では、ループＬ内に文Ｓの
次の文が有るか否か判定する。これが真の場合は、ステ
ップ３７０を実行し、Ｌ内のＳの次の文を新たなＳとし
て設定し、ステップ３２０に制御を移してループする。
偽の場合は、ステップ３３０を実行する。

【００４４】次に、図６のソースプログラム例を用い
て、本発明の適用効果を説明する。図１１は、図６のソ
ースプログラム例に対する本発明での配列サマリ２９を
示す。なお、図６の例ではループＬ３とループＬ２はル
ープ飛び出し文を含まないので、従来と同様の配列サマ
リ解析により解析され、図１０(a)および図１０(b)と同
じになる。内容が同じなので、図１１ではこれらの配列
サマリは省略した。

【００４５】まずループＬ１はループ飛び出し文Ｓ３を
含むので、図２のステップ２２０の判定結果が真とな
り、ステップ２３０が実行される。ステップ２３０で
は、図３のフローに従って、ループ飛び出し時のループ
Ｌ１のループ制御変数Ｋの値をスカラ変数に設定する文
がループＬに含まれるか否か判定する。この結果、文Ｓ
１がそのような文であると判定され、ステップ２３５が
実行される。

【００４６】ステップ２３５では、ループＬ１の本体の
配列サマリ２９において、ループＬ１のループ制御変数
Ｋに対する上限を文Ｓ１の代入先スカラ変数ＫＥで置き
かえる。図１１(a)は、ループＬ１の本体の配列サマリ
２９であり、図１１(b)は、ループ制御変数Ｋに対する
上限を文Ｓ１の代入先スカラ変数ＫＥで置きかえたもの
である。

【００４７】図１１(b)からループＬ１のループ制御変
数Ｋを消去すると、図１１(c)になり、ループＬ１に対
するＥｘｐｏｓｅｄＲｅａｄが近似無しで表現されたこ
とが分かる。

【００４８】図１１(c)を元にループＬ０に対する配列
サマリ２９を計算すると図１１(d)となり、ループＬ０
の本体に対するＥｘｐｏｓｅｄＲｅａｄが空集合になる
ことが分かる。よって、ループＬ０内で配列Ａはプライ
ベート化可能であることが分かる。

【００４９】以上より、図１のステップ２４において、
ループＬ０内で配列Ａはプライベート化され、この結
果、図１のステップ２５でループＬ０はループ並列化さ
れる。よって、ステップ２６での処理により、図７に示
す目的プログラム３０が生成される。

【００５０】

【発明の効果】本発明により、ループ飛び出し文を含む
ループに対して配列サマリ解析の精度が向上し、配列プ
ライベート化の適用性が向上する。これにより、ループ
並列化可能となるループが増大し、プログラムの実行速
度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施後の言語処理系の構成図。

【図２】 本発明実施後の配列サマリ解析の処理フロー
図。

【図３】 ステップ２３０の詳細フロー図。

【図４】 従来技術でのソースプログラム例を示す図。

【図５】 従来技術での目的プログラム例を示す図。

【図６】 本発明でのソースプログラム例を示す図。

【図７】 本発明での目的プログラム例を示す図。

【図８】 配列サマリを示す図。

【図９】 従来技術実施例での配列サマリを示す図。

【図１０】 ループ飛び出しを含むループの従来技術配
列サマリを示す図。

【図１１】 ループ飛び出しを含むループの本発明配列
サマリを示す図。

【符号の説明】

１０…ソースプログラム、２０…言語処理系、３０…目
的プログラム、２１…構文解析、２２…配列サマリ解
析、２３…ループ飛び出し時制御変数値配列サマリ解
析、２４…配列プライベート化、２５…ループ並列化、
２６…目的プログラム生成、２８…中間コード、２９…
配列サマリ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ソースプログラムから目的プログラムを生
   成する言語処理系における配列サマリ解析方法であっ
   て、(a)ソースプログラムの構文解析を行い中間コード
   を生成する構文解析ステップと、(b)該中間コード内の
   各ループ内に対して、該ループで値が書き込まれる可能
   性がある配列部分の集合と、該ループで必ず値が書き込
   まれる配列部分の集合と、該ループで値が読み出される
   可能性がある配列部分の集合と、該ループで値が書き込
   まれる前に読み出される可能性がある配列部分の集合と
   から構成される配列サマリを生成する配列サマリ解析ス
   テップと、(c)該配列サマリを元に、該中間コード内の
   ループに対して配列プライベート化を行う配列プライベ
   ート化ステップと、(d)前記ステップ(c)の書き換え後の
   中間コード内のループに対して並列化を行うループ並列
   化ステップと、(e)前記ステップ(d)の書き換え後の中間
   コードに対して目的プログラムを生成する目的プログラ
   ム生成ステップとを含み、前記ステップ(b)が、(f)ルー
   プ飛び出し文およびループ飛び出し時のループ制御変数
   の値をスカラ変数に設定する文を含むループに対して該
   スカラ変数の値をループ制御変数の上限として配列サマ
   リを計算するループ飛び出し時制御変数値配列サマリ解
   析ステップ を含むことを特徴とする配列サマリ解析方
   法。
2. 【請求項２】前記ステップ(f)において、ループ飛び出
   し文およびループ飛び出し時のループ制御変数の値をス
   カラ変数に設定する文がループ内に含まれる場合には、
   該ループの本体の配列サマリにおいて該ループのループ
   制御変数の上限を該スカラ変数で置き換え、変数消去法
   で該ループ制御変数を消去した結果を該ループの配列サ
   マリとすることを特徴とする請求項１に記載の配列サマ
   リ解析方法。