Performanz-orientierte Programmierung in C# Performanzaspekte von MS.NET Matej Ciesko Microsoft...

Performanz-orientierte Programmierung Performanz-orientierte Programmierung in C#in C#

Performanzaspekte von MS.NETPerformanzaspekte von MS.NET

Matej Ciesko

Microsoft Student PartnerFriedrich – Alexander Universität Erlangen – Nürnberg

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Performanz-orientierte Programmierung in C#

STC 02. – 03. Juni 2004

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EinführungEinführung

Performanz-orientierte Programmierung• Optimierung

[Optimizing is the process of changing a program or the environment in which it runs to improve its performance.]

• Prozess der Optimierung:1. Problem identifizieren2. Problem evaluieren3. Anwenden einer Optimierungstechnik

AgendaAgenda

1. Einführung2. Performanzzähler (performance counters)

– Nanosekunden Timer– MS.NET Profiling API

3. MS.NET – Performanzaspekte– CLR, JIT, CG

4. Performanzaspekte bei Entwicklung mit C#– Objekte (GC)– Datentypen– Sicherer/Unsicherer Code– …

5. Zusammenfassung


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ZieleZiele

1. Performanzaspekte des MS.NET

2. Messen von Performanzverhalten

3. Schreiben vom effizienten Code (C#)


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Beispielapplikation: Matrix – Matrix Multiplikation

C = A * B


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Performanzaspekte von C#Performanzaspekte von C#

•ArraysArray[index]

Eliminierung der Überprüfung: Längentest im For-Header

for (int i=0; i < Array.Length; i++)

for (int i=0; i < Array.Length + y; i++) Array[i+6];

Überprüfung

sum += a[i]


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• C# Zeiger– Arbeiten außerhalb vom GC– „Pinnen“ von Objekten zum Speicher

unsafe{fixed (type* ptr = expr) statement

}

– Anmerkung: • Compiler flag: /unsafe• Code ist unsafe • Nach dem statement sind alle “pinned” Objekte für den GC wieder freigegeben


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Beispielapplikation:


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ProfilingProfiling

Performanzzähler


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ProfilingProfiling

• Fundamentale Prinzipien der Performanz-orientierten Programmierung:

1. Performanzziele setzen2. Messen, messen und noch mehr messen3. Optimieren

• Profiling: Präzise Messung (von Zeit/Clock Ticks) von Hardware und/Applikation um Aussagen über Laufzeitverhalten von Applikation treffen zu können.

1. Hardwarezähler (performance counters)2. Windows Performance Counters3. MS.NET Profiler API

Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung


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ProfilingProfiling

• Hardware Counters• Sehr hohe zeitliche Auflösung!!!• Performanzereignisse

– Programmcharakteristika, Speicher, pipeline stalls, branch prediction, ressource utilization

• CPU Profiling Hardware – Ereignisdetektoren (event detectors)– Ereigniszähler (event counters)

Beispiel: RDTSC(Read Time Step Counter)

typedef struct _int32 { __int32 i32[2] } BigInt;BigInt start_ticks, end_tickes;

_asm {RDTSCmov start_ticks.int32val.i32[0], eaxmov start_ticks.int32val.i32[4], edx

}

• >2 x CPU

•SpeedStep



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ProfilingProfiling

• Windows Performance Counters– MS Windows API– perfmon.exe



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ProfilingProfiling

• .NET CLR Profiling Services• speziell für Verhalten von .NET

Applikationen• COM – Schnittstellen: ICorProfilerCallback

ICorProfilerInfo

• Profiler Design• COM Server Komponente implementieren• ICorProfilerCallback implementieren



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ProfilingProfiling

• .NET CLR Profiling ServicesPerf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung

CLR

_myProfiler

set Cor_Enable_Profiling = 0x1set Cor_Profiler={FA0C6E77-AFF4-…992C}

Cor_Enable_Profiling = TRUE

CoCreateInstance

ICorProfilerCallback::Initialize


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ProfilingProfiling

• Allocation Profiler (Demo)Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung


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ProfilingProfiling

• Allocation Profiler

• Intel® VTune™ Performance Analyzer

• Rational® PurifyPlus for Windows

• Compuware® DevPartner Profiler



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MS.NET PerformanzaspekteMS.NET Performanzaspekte

SpeicherverwaltungCompiler


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.NET Performanzaspekte.NET Performanzaspekte

FortranFortranSource Source codecode

CompilerCompiler

C++C++C#C#

CompilerCompilerCompilerCompiler

AssemblyAssemblyIL CodeIL Code



Operating System ServicesOperating System Services

Common Language RuntimeCommon Language Runtime

JIT CompilerJIT Compiler

Native CodeNative Code

ManagedManagedcodecode

UnmanagedUnmanagedComponentComponent



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• JIT (Just-In-Time) Kompilierung

– Ausgangspunkt Plattformunabhängiger IL Code– Generelle Optimierung

• Constant folding, Method inlining, Loop unrolling, Common subexression elimination

– Optimierung zur Laufzeit• Lazy code selection, cache tuning, CPU spezifische Optimierung

– Theoretisch: Performanter als statische Compiler

– Manche Optimierungen aus Zeitgründen nicht möglich

– Längere „startup“ Zeiten der Applikationen• ngen.exe

+

-



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• SciMark Benchmark– Fast Fourier Transformations (FFT), Successive Over-Relaxation (SOR),

Monte-Carlo Quadrat, Sparse Matrix Multiplikation, LU Matrix Dekomposition

HW: 2.4GHz Pentium 4, 256 MB RAM

http://rotor.cs.cornell.edu/SciMark

1.0 1.1

0

100

200

300

MFLOP

v 1.1

+ 54.1 MFLOP

Architekturspez. Opt.

Double-to-int cast (IA-32 SSE2)



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• CLR – automatische Speicherverwaltung

[1]

„Allocation pattern“:

GUT: •Große Objekte, die am Programm- ende sterben•Kleine, kurzlebige Objekte

SCHLECHT:•Viele Objekte überleben bis in Gen 2 und sterben

•„alte“ Objekte referenzieren „junge“ Objekte



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• CLR – automatische Speicherverwaltung

– Maß für „Allocation Profile“:• Performance counter: .NET CLR Memory: %in GC

GUT < 30% SCHLECHT > 30%



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Microsoft Shared Source CLI - „Rotor“

• ECMA-334 (C#) • ECMA-335 (Common Language Infrastructure)• Microsoft Windows® XP• FreeBSD

SSCLI: www.sscli.net


http://www.sscli.net/


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Weitere C# TricksWeitere C# Tricks

GC-freundliches ProgrammierenBoxing, Werte/Referenztypen,

Zeiger, Loops


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GC & StringBuilder:Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung


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Loops

foreach vs. for = Eleganz vs. Performanz



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SciMark

HW: 2.4GHz Pentium 4, 256 MB RAM

http://rotor.cs.cornell.edu/SciMark



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ZusammenfassungZusammenfassung

• Profiling:– „Performance Counter“

• MS.NET – CLR, GC, JIT

• C# Optimierungen– GC-freundliches Programmieren– Boxing, Werte/Referenztypen, Zeiger,

Loops



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ZusammenfassungZusammenfassung

• MS.NET als High Performance Plattform– Werkzeuge zur Performanzmessung und

Analyse– Ausdrucksstark– Einfach (Übersichtlich)– Effizienter Code– Plattformunabhängigkeit; Portabilität



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FragenFragen

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Haben Sie noch Fragen?


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Wie geht es weiter auf der Wie geht es weiter auf der STC…?STC…?


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RessourcenRessourcen

• www.studentconference.de• msdn.microsoft.com • www.microsoft.com/net• msnews.microsoft.com

• Rotor: www.sscli.net

[1] Performance Considerations for Run-Time Technologies in the .NET FrameworkA .NET Developer Platform White Paper; http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dndotnet/html/dotnetperftechs.asp

http://www.sscli.net/

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