基于LLVM的迭代間數(shù)據(jù)重用優(yōu)化研究.pdf

1、隨著程序設(shè)計語言和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，如何對新的語言特性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化成為現(xiàn)代編譯設(shè)計的核心。由于“存儲墻問題”，循環(huán)中數(shù)組訪問的時間占程序總執(zhí)行時間的比重通常都比較大。因此，如何更好地優(yōu)化循環(huán)中的數(shù)組訪問是提升編譯性能的關(guān)鍵問題之一。
　　LLVM是目前比較流行的編譯器架構(gòu)，由于在代碼優(yōu)化上的良好表現(xiàn)，越來越多的編譯優(yōu)化研究轉(zhuǎn)向于此框架。但是在處理循環(huán)中數(shù)組訪問時，LLVM所采取的歸納變量優(yōu)化造成了數(shù)組引用計算過于復(fù)雜的問

2、題。為了解決此問題，本文提出了一種迭代間數(shù)據(jù)重用優(yōu)化算法，以彌補LLVM在循環(huán)優(yōu)化中對數(shù)組引用計算的不足。
　　迭代間數(shù)據(jù)重用優(yōu)化算法基于LLVM的循環(huán)規(guī)范化和循環(huán)優(yōu)化處理，用于簡化循環(huán)中數(shù)組訪問的地址運算。在該算法的實現(xiàn)過程中，本文結(jié)合了歸納變量優(yōu)化和數(shù)組引用標(biāo)量替換兩種優(yōu)化技術(shù)。即在一次循環(huán)迭代中，首先對數(shù)組引用進(jìn)行標(biāo)量替換，將地址變量轉(zhuǎn)化為可識別的歸納變量，使得寄存器分配對數(shù)組引用有效；然后對尋址操作進(jìn)行強度削弱，針對不同體

3、系結(jié)構(gòu)設(shè)定不同的歸納變量自增步長，將地址計算轉(zhuǎn)化為簡單的標(biāo)量運算；最后將地址計算結(jié)果保存至新的寄存器，以便用于下一次迭代，從而增加數(shù)據(jù)在循環(huán)迭代之間的重用。該優(yōu)化算法可以有效降低循環(huán)體內(nèi)地址計算的復(fù)雜度，再加上LLVM自身的優(yōu)勢，使整個程序的性能得到提升。
　　實驗結(jié)果表明，在LLVM中加入本文提出的迭代間數(shù)據(jù)重用優(yōu)化算法后，與GCC以及添加優(yōu)化之前的LLVM的對比中，從匯編代碼和程序執(zhí)行時間兩個方面驗證了該優(yōu)化算法對于提升程序性