Quels sont les avantages de la réorganisation de la mémoire pour les processeurs et les compilateurs ?

Réorganisation de la mémoire et ses avantages pour les processeurs et les compilateurs

Dans les langages de programmation comme Java, l'ordre dans lequel les opérations de mémoire se produisent n'est pas clairement défini et peut varier en fonction du processeur et compilateur utilisés. Cette variabilité, connue sous le nom de réorganisation de la mémoire, peut introduire des complexités dans le comportement du programme, en particulier lorsqu'il s'agit d'applications multithread. Cependant, la réorganisation de la mémoire apporte également des avantages significatifs en termes de performances pour les processeurs et les compilateurs.

Comment la réorganisation de la mémoire aide les processeurs

La réorganisation de la mémoire permet aux processeurs d'optimiser l'exécution des instructions en réorganisant les opérations de chargement et de stockage. Ceci est particulièrement bénéfique pour les processeurs d'exécution dans le désordre, qui peuvent améliorer les performances en exécutant les instructions dans un ordre différent de leur séquence d'origine.

En autorisant la réorganisation de StoreLoad, les processeurs peuvent masquer la latence des échecs de cache. Lorsqu'une instruction de stockage est validée dans le cache, elle devient globalement visible pour les autres cœurs. Cependant, si une instruction de chargement ultérieure doit accéder aux mêmes données, elle doit attendre la fin du stockage. En réorganisant l'instruction de chargement avant le stockage, le processeur peut continuer à s'exécuter de manière spéculative. Si l'instruction de stockage ne provoque pas d'échec du cache, l'instruction de chargement peut se terminer sans attendre.

Comment la réorganisation de la mémoire aide les compilateurs

La réorganisation de la mémoire profite également aux compilateurs en leur permettant d'optimiser le code de manière plus agressive. Étant donné que l’ordre des opérations n’est pas strictement appliqué, les compilateurs peuvent réorganiser le code pour profiter des opportunités de parallélisation et d’autres optimisations. Par exemple, un compilateur peut réorganiser les opérations pour réduire le nombre d'échecs de cache ou pour regrouper des opérations similaires pour de meilleures performances.

Ordre de mémoire faible et optimisations du compilateur

Le modèle de mémoire de Java permet intentionnellement des opérations faibles. ordre de la mémoire. Cela signifie que les architectures matérielles qui n'offrent pas de solides garanties d'ordre de mémoire (telles que ARM et PowerPC) peuvent être utilisées pour implémenter la machine virtuelle Java (JVM). Un ordre de mémoire faible permet aux compilateurs d’optimiser le code de manière plus agressive en supprimant les barrières de mémoire inutiles. Sans un ordre de mémoire faible, les JVM nécessiteraient des barrières de mémoire après chaque stockage et avant chaque chargement, ce qui aurait un impact significatif sur les performances.

Avantages supplémentaires de la réorganisation de la mémoire

Au-delà de la possibilité d'une exécution dans le désordre et les optimisations du compilateur, la réorganisation de la mémoire peut avoir d'autres avantages en termes de performances, tels que :

• Spéculation de charge : Les processeurs peuvent exécuter des charges de manière spéculative avant leurs dépendances, ce qui leur permet de masquer les latences dues aux échecs de cache.
• Tampon de magasin : Processeurs utilisez les tampons de magasin pour découpler les instructions de magasin des validations de cache. Cela permet aux magasins de s'exécuter de manière spéculative, améliorant ainsi les performances des applications qui effectuent plusieurs écritures sur la même ligne de cache.
• Coûts de synchronisation réduits : En autorisant la réorganisation de la mémoire, les compilateurs peuvent éviter d'utiliser des primitives de synchronisation dans le code. cela ne nécessite pas de commande stricte. Cela réduit les frais généraux et améliore les performances.

Conclusion

La réorganisation de la mémoire est une technique essentielle utilisée pour améliorer les performances des processeurs et des compilateurs. Bien qu'il puisse introduire des complexités dans le comportement du programme, il offre également des avantages significatifs en termes de performances en permettant une exécution dans le désordre, des charges spéculatives et des optimisations du compilateur. Comprendre les mécanismes et les avantages de la réorganisation de la mémoire est crucial pour optimiser les performances des applications parallèles et multithread.

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