基于GCC编译器的流式存储优化方法

针对流式存储访问引起的缓存污染与强制性缺失问题,部分高性能通用处理器平台提供了不经过缓存而直接访问存储器的专用通路及配套指令支持。在常见的流式存储应用场景中,合理采用直访主存方式可以提高芯片存储器系统的整体性能。然而,判断何时使用直访主存能够获得收益对于程序员来说是一项十分繁琐且容易出错的任务,一种行之有效的方法是通过编译器自动实现。因此,文中在深入分析流式存储访问模式使用不同类型访存操作性能收益的基础上,提出了基于GCC编译器的流式存储优化方法。该方法由编译器自动实现对程序员透明,在GCC编译器SSA-GIMPLE阶段对程序循环中具有流式访问特征的连续写或者跨步写进行识别,并根据收益分析与依赖关系筛选优化对象,最后在编译器后端匹配指令模板生成直访主存指令。使用连续/跨步写用例与STREAM测试集及变体在申威国产处理器平台上进行实验评估,结果表明,文中提出的优化方法能够显著缩短流式存储应用程序的执行时间,优化后STREAM测试集的平均加速比为1.31。另外,文中实现的流式存储优化与循环展开优化一起使用效果更好,STREAM测试集的平均加速比能达到1.45。

针对GCC编译器指令调度的DUMP算法优化

GCC编译器可通过DUMP算法记录指令调度过程并输出,但是,只针对使用O0以上的编译优化的前提下,指令调度DUMP算法使编译器在使用O0编译优化时,也能够记录输出指令调度过程,为GCC编译器在移植开发过程中更加直观了解编译器的指令调度并进行执行调度优化。对DUMP算法进行改进优化,使得在使用编译选项-O0的情况下,也可以使用-fsched-verbose=n的n来控制编译器输出指定的调度信息。

基于GCC编译器向量化的数据结构布局优化研究

有效利用单指令多数据(SIMD)技术能提高应用程序的性能,现代处理器和编译器都在不断地对SIMD技术进行扩展和改进,以生成向量化程度更高的代码.本文主要对现代x86多核处理器中,GCC编译器的数据结构布局进行优化,通过改善内存布局方式,提高向量化优化能力.最后在AMD平台上采用SPEC CPU2017进行实验,验证了该方法在GCC编译器上的有效性.

GCC编译器中循环数组预取优化的实现及效果

数据预取技术是为缓解微处理器与DRAM之间速度差异而出现的隐藏访存延迟的方法。GCC作为广泛使用的开源编译器,在tree-ssa上对循环级数组实现了预取优化。在深入分析GCC4.9循环级数组预取的基本实现机制,以及剖析基于预取收益和分析时间的三种不予预取的代价模型的基础上,得出影响循环数组预取效果的几个因素,并针对典型测试用例测试了GCC编译器循环数组预取的效果。此项工作对于改进和提高GCC现有循环级数组的预取优化有指导意义。

GCC编译器中的堆栈保护技术概述

以堆栈溢出为代表的缓冲区溢出已经成为最为普遍的安全漏洞之一。自从1988年缓冲区漏洞被发现以来,虽然经过几十年的努力,科研人员提出了各种防护方法,但是在操作系统或者软件当中总有新的溢出漏洞或者其变种被发现。为了尽可能避免堆栈溢出漏洞被攻击者利用,一直以来,众多的编译器工作者在GCC编译器中尝试了多种方法来保护内存中的堆栈区域。

多目标交叉编译技术——GCC与Zephyr编译器构造的分析与比较

1引言 编译系统是任何计算机系统中不可缺少的重要部分.编译系统的研制因其技术复杂、难度较高而需要投入较多的人力、物力和花费较长的研制周期.过去编译器均是针对某一特定语言和目标机而编写的.随着计算机的飞速发展,过去那种编写编译器的方法已很难满足需要.在八十年代初,针对各种程序设计语言的后端具有较大共性的特点,国外相继开发了支持多种语言的编译系统,并很快成为各计算机公司编译系统采用的通用方法.

一种基于指令MKS的自动向量化代价模型

自动向量化代价模型是编译器进行自动向量化优化时的重要组成部分,其作用是评估代码在应用向量化转换后能否获得性能提升。当代价模型不准确时,编译器会应用负收益的向量化转换,从而降低程序的执行效率。针对GCC编译器默认代价模型的不精确问题,以Intel Xeon Silver 4214R CPU为平台,提出了一种基于指令MKS的自动向量化代价模型。该模型充分考虑了指令的机器模式、运算类型以及运算强度等,并使用梯度下降算法自动搜索不同指令类型的近似代价。在SPEC2006以及SPEC2017上进行了单线程测试,实验结果表明,该模型能够减少收益评估错误的情况。与默认代价模型生成的向量程序相比,GCC编译器添加MKS代价模型后,在SPEC2006课题上最高获得了4.72%的提速,在SPEC2017课题上最高获得了7.08%的提速。

构建嵌入式linux交叉编译环境

嵌入式产品的大量应用和linux系统的日趋完善,使嵌入式linux系统的开发得到广泛的重视。要进行嵌入式linux开发,软件方面的首要任务就是搭建适合自身开发平台的交叉编译环境。文章详细叙述了针对arm-i386硬件平台的嵌入式linux交叉编译环境构建方法,以及编译过程中一些错误的具体解决途径。

80位浮点运算的编译实现与优化

本文介绍了80位浮点运算的编译实现技术,在IA-64平台上针对一套科学计算测试程序进行了性能瓶颈分析。利用IA-64体系结构特点,改进和实现了用户定义函数的自动内联、高级循环变换、数据预取、80位浮点数学库函数内联扩展四种编译优化。测试结果表明,这些优化手段显著提高了80位浮点运算的串行性能和并行性能。

基于ARM的嵌入式Linux的交叉编译环境的建立

当开发嵌入式Linux软件时,一般都要经过交叉编译这一步,为嵌入式linux开发打下良好基础。文本详细叙述了针对arm-i386硬件平台的嵌入式linux交叉编译环境构建方法,从而更加深入地理解了嵌入式linux的编译过程。

面向RISC-V处理器的GCC移植与优化

嵌入式RISC-V处理器交叉开发生成高质量目标代码的关键是GCC的移植与优化。分析GCC的基本结构和RISC-V体系结构的数据与指令特点,建立GCC后端移植机制,采用机器描述方法,生成32位riscv-none-embed-gcc编译器,实现RISC-V处理器的GCC移植,设计强度削弱的窥孔优化方法解决中间代码生成过程中CPU计算代价高的问题。验证与测试结果表明编译器编译正确并具有通用功能,优化后编译生成的目标代码体积减少约11%,提高了目标代码质量,节省了嵌入式处微理器的存储空间。

基于Linux操作系统的C语言编译和调试方法

介绍了在Linux操作系统下,编译和调试C语言程序的工具GCC编译器、GDB调试器的使用方法等,并以例说明。

基于GCC的TMS320C67xx汇编代码的优化

为了使生成的汇编代码具有更高的执行效率,设计并实现了一种基于GCC的TMS320C67xx汇编指令级的代码优化算法。首先,将汇编指令按照功能划分为不同的指令类型,并将汇编指令链接到链表中。然后,针对每一个寄存器建立对该寄存器的读写操作指令链表。最后,通过对指令类型的判断和对寄存器读写操作指令链表的分析,完成了冗余代码的删除和指令合并。实验结果表明,经过代码优化后,TMS320C67xx汇编代码的执行效率提高了20%左右,较中间代码级的优化算法执行效率提高了15%左右。

基于GCC的TMS320C67xx汇编指令的生成

为了克服手工编写汇编代码易于出错、难于维护等缺点,在GCC编译器的基础上生成了DSP TMS320C67xx芯片的汇编指令集。首先,研究了GCC中与机器描述相关的RTL模板,重点研究了RTL模板的组成结构及其各个部分的作用;然后,通过编写RTL模板完成了TMS320C67xx汇编指令的生成。在编写RTL模板的过程中,运用多种RTL模板编写技术实现了TMS320C67xx的指令集,同时针对实现难度较大的指令给出了解决方案。最后,对C语言源程序进行了编译,验证了TMS320C67xx所有6种类型的汇编指令都已被生成,所提方法具有一定的通用性和扩展性。

基于值剖视的编译优化

介绍在GCC编译器中利用值剖视识别收集变量的不变特征信息并指导代码优化工作的方法。NPB基准测试程序的测试结果表明,GCC基于值剖视的优化引入的开销小,与边剖视一起使用时能获得较好的优化效果,在不同程序间显示出一定的优化针对性和局限性,值剖视信息的类型与数量、优化种类等存在较大的改进空间。

基于GCC插件的堆栈保护技术研究

缓冲区溢出攻击是计算机中最主要的漏洞之一,在所有的缓冲区溢出中主要攻击的区域是程序的堆栈,为了改进GCC编译器对于基于字节猜测的堆栈溢出防护的不足,在GCC提供的最新插件基础上,提出了一种堆栈保护增强插件,并将其作为GCC编译器后端的一个编译优化过程.实验结果表明,新增的编译优化遍,在一定程度上增加了攻击者对canary暴力破解的难度,有效地缓解了GCC编译器堆栈防护的不足.

低专利风险的开源编译器移植

在对主流的开源编译系统进行调研的基础上,结合优秀的GCC编译系统与LLVM编译系统,探索了其基础架构与移植方法,并对各自的移植专利风险进行了评估,为处理器厂商开发编译器工具链,完善软硬件开发平台和提升硬件性能提供了新的解决方案。