Как указать указатель в качестве хранилища thread_local в С++?

В настоящее время я работаю над оптимизацией фрагмента кода математических операций, где он зацикливается на хранилище указателей и сохраняет результат на месте. Я заметил, что при каждом присваивании компилятор выдает инструкцию сохранения в памяти, например такую ​​(обратите внимание на vmovaps):

        114 [1]                         top_data_c[pc] += w1 * bottom_data_hwc[o1 + pc];
0x55555558bf70  <+ 2624>        c4 c1 78 10 0c 02                 vmovups (%r10,%rax,1),%xmm1
0x55555558bf76  <+ 2630>        48 83 c1 01                       add    $0x1,%rcx
0x55555558bf7a  <+ 2634>        c4 c3 75 18 4c 02 10 01           vinsertf128 $0x1,0x10(%r10,%rax,1),%ymm1,%ymm1
0x55555558bf82  <+ 2642>        c4 c2 25 a8 0c 04                 vfmadd213ps (%r12,%rax,1),%ymm11,%ymm1
0x55555558bf88  <+ 2648>        c4 c1 7c 29 0c 04                 vmovaps %ymm1,(%r12,%rax,1)
        115 [1]                         top_data_c[pc] += w2 * bottom_data_hwc[o2 + pc];
0x55555558bf8e  <+ 2654>        c4 c1 78 10 04 01                 vmovups (%r9,%rax,1),%xmm0
0x55555558bf94  <+ 2660>        c4 c3 7d 18 44 01 10 01           vinsertf128 $0x1,0x10(%r9,%rax,1),%ymm0,%ymm0
0x55555558bf9c  <+ 2668>        c4 c2 7d b8 ca                    vfmadd231ps %ymm10,%ymm0,%ymm1
0x55555558bfa1  <+ 2673>        c4 c1 7c 29 0c 04                 vmovaps %ymm1,(%r12,%rax,1)
        116 [1]                         top_data_c[pc] += w3 * bottom_data_hwc[o3 + pc];
0x55555558bfa7  <+ 2679>        c4 c1 78 10 04 00                 vmovups (%r8,%rax,1),%xmm0
0x55555558bfad  <+ 2685>        c4 c3 7d 18 44 00 10 01           vinsertf128 $0x1,0x10(%r8,%rax,1),%ymm0,%ymm0
0x55555558bfb5  <+ 2693>        c4 c2 75 98 c1                    vfmadd132ps %ymm9,%ymm1,%ymm0
0x55555558bfba  <+ 2698>        c4 c1 7c 29 04 04                 vmovaps %ymm0,(%r12,%rax,1)
        117 [1]                         top_data_c[pc] += w4 * bottom_data_hwc[o4 + pc];
0x55555558bfc0  <+ 2704>        c5 f8 10 0c 07                    vmovups (%rdi,%rax,1),%xmm1
0x55555558bfc5  <+ 2709>        c4 e3 75 18 4c 07 10 01           vinsertf128 $0x1,0x10(%rdi,%rax,1),%ymm1,%ymm1
0x55555558bfcd  <+ 2717>        c4 c2 75 b8 c0                    vfmadd231ps %ymm8,%ymm1,%ymm0
0x55555558bfd2  <+ 2722>        c4 c1 7c 29 04 04                 vmovaps %ymm0,(%r12,%rax,1)
0x55555558bfd8  <+ 2728>        48 83 c0 20                       add    $0x20,%rax
0x55555558bfdc  <+ 2732>        48 39 4d c0                       cmp    %rcx,-0x40(%rbp)
0x55555558bfe0  <+ 2736>        77 8e                             ja     0x55555558bf70

однако, когда я изменил указатель на локальную переменную "массив стека", т.е. T top_data_c[1024], инструкция сохранения появляется только в конце цикла:

        114 [1]                         top_data_c[pc] += w1 * bottom_data_hwc[o1 + pc];
0x55555558bbe0  <+ 1712>        c5 f8 10 0c 03                    vmovups (%rbx,%rax,1),%xmm1
0x55555558bbe5  <+ 1717>        48 83 c1 01                       add    $0x1,%rcx
0x55555558bbe9  <+ 1721>        c4 e3 75 18 4c 03 10 01           vinsertf128 $0x1,0x10(%rbx,%rax,1),%ymm1,%ymm1
0x55555558bbf1  <+ 1729>        c4 c2 25 a8 0c 04                 vfmadd213ps (%r12,%rax,1),%ymm11,%ymm1
0x55555558bbf7  <+ 1735>        c5 fc 28 c1                       vmovaps %ymm1,%ymm0
        115 [1]                         top_data_c[pc] += w2 * bottom_data_hwc[o2 + pc];
0x55555558bbfb  <+ 1739>        c4 c1 78 10 0c 03                 vmovups (%r11,%rax,1),%xmm1
0x55555558bc01  <+ 1745>        c4 c3 75 18 4c 03 10 01           vinsertf128 $0x1,0x10(%r11,%rax,1),%ymm1,%ymm1
0x55555558bc09  <+ 1753>        c4 c2 7d 98 ca                    vfmadd132ps %ymm10,%ymm0,%ymm1
        116 [1]                         top_data_c[pc] += w3 * bottom_data_hwc[o3 + pc];
0x55555558bc0e  <+ 1758>        c4 c1 78 10 04 02                 vmovups (%r10,%rax,1),%xmm0
0x55555558bc14  <+ 1764>        c4 c3 7d 18 44 02 10 01           vinsertf128 $0x1,0x10(%r10,%rax,1),%ymm0,%ymm0
0x55555558bc1c  <+ 1772>        c4 e2 35 b8 c8                    vfmadd231ps %ymm0,%ymm9,%ymm1
        117 [1]                         top_data_c[pc] += w4 * bottom_data_hwc[o4 + pc];
0x55555558bc21  <+ 1777>        c4 c1 78 10 04 01                 vmovups (%r9,%rax,1),%xmm0
0x55555558bc27  <+ 1783>        c4 c3 7d 18 44 01 10 01           vinsertf128 $0x1,0x10(%r9,%rax,1),%ymm0,%ymm0
0x55555558bc2f  <+ 1791>        c4 c2 75 98 c0                    vfmadd132ps %ymm8,%ymm1,%ymm0
0x55555558bc34  <+ 1796>        c4 c1 7c 29 04 04                 vmovaps %ymm0,(%r12,%rax,1)
0x55555558bc3a  <+ 1802>        48 83 c0 20                       add    $0x20,%rax
0x55555558bc3e  <+ 1806>        48 3b 8d c8 fb ff ff              cmp    -0x438(%rbp),%rcx
0x55555558bc45  <+ 1813>        72 99                             jb     0x55555558bbe0

выясняется, что компилятор удерживает действие сохранения указателя от оптимизации из-за его небезопасности потока.

Объявление массива стека или копирования временных переменных из и обратно выглядит настолько грязным в такой реализации, есть ли способ сделать такое хранилище указателей потокобезопасным для смысла компилятора? Конечно, такие вычисления полностью потокобезопасны (работают очень похоже на GPU).


c++ thread-local
person Midori Yakumo    schedule 14.03.2019    source источник

Ответы (1)


arrow_upward
4
arrow_downward

Если вы по какой-то причине не объявили указатель top_data_c как volatile, компилятор волен предположить, что никаких внешних (в том числе параллельных) модификаций с данными, которые он записывает, не происходит, так что отсутствие оптимизации не виновато в многопоточности (и не решается потоком локальная семантика).

Настоящая проблема здесь заключается в алиасинге: компилятор не может предположить, что top_data_c[pc] не находится где-то внутри bottom_data_hwc (это может быть то же самое, что и bottom_data_hwc[o4 + pc], кто знает?), поэтому он должен делать сохранения. Что облегчает эту проблему в случае «стекового массива», так это (если я не ошибаюсь) тот факт, что top_data_c является массивом, а не указателем (а не тем, что он находится в стеке или что он локальный для потока).

Краткий экскурс в строгие правила псевдонимов: компилятор может предположить, что указатели на несовместимые типы (например, int и double) не могут указывать на одно и то же место. Если вы находитесь внутри void foo(int* x, double* y), то, в соответствии со строгими правилами псевдонимов, запись в x не может изменить то, что вы читаете из y (и наоборот), поэтому компилятор может свободно переупорядочивать или исключать сохранение и чтение в/из x и y внутри этой функции как оно хочет.

Но внутри void foo(double* x, double* y) эта гарантия исчезает. Если x == y (или x == y + n) затем записывает и читает в x и y потенциально могут взаимодействовать друг с другом, и у компилятора нет другого выбора, кроме как выполнять каждую загрузку/сохранение.

Вы должны изучить ключевые слова, связанные с restrict, которые сигнализируют компилятору, что «доступ к x происходит только через x (и его копии) в этой функции». Некоторый материал:

Что означает ключевое слово ограничения в C++?

https://cellperformance.beyond3d.com/articles/2006/05/demystifying-the-restrict-keyword.html

http://assemblyrequired.crashworks.org/load-hit-stores-and-the-__restrict-keyword/

person Max Langhof    schedule 14.03.2019
comment
Прохладный! Спасибо Макс! Я добавил ограничить, и это сработало, как я и ожидал! - person Midori Yakumo; 14.03.2019
comment
Другой вопрос, как restrict работает с константным указателем? Почему memcpy (void *__restrict __dest, const void *__restrict __src), а не memcpy (void *__restrict __dest, const void *src)? - person Midori Yakumo; 15.03.2019
comment
const void* означает, что вы не можете писать в указанное место, поэтому restrict фактически исключает только псевдоним чтения (потому что вы не можете писать), за исключением того, что const не взаимодействует с restrict... Но также нет особой пользы от ограничения оба против ограничения одного, если только эти два указателя разыменовываются внутри функции: godbolt.org/z/VuSQFu . Но добавление restrict к обоим аргументам делает точку ясной для пользователя и позволяет реализациям удалять глобальные переменные указателя, не вызывая проблем с производительностью. - person Max Langhof; 15.03.2019