Buen día a todos.
Recientemente apareció un artículo sobre Habr Winning With veinte líneas de Haskell: escribimos nuestro wc desde @ 0xd34df00d . El autor, conocido por su simpatía por la programación funcional, implementó un análogo de la utilidad wc en Haskell y lo sometió a optimización, lo que resultó en una opción que funciona más de 7 veces más rápido que la utilidad estándar de Unix.
Siendo un punto de referencia concienzudo, 0xd34df00dAl final del artículo, indicó que su versión funciona con un TK muy simplificado en comparación con el original (por ejemplo, se ignoró Unicode) y, por lo tanto, su superioridad en el rendimiento no significa nada en realidad. Pero está claro que, a pesar de esto, el formato del artículo generó mucha controversia en los comentarios (y yo a menudo no leo más allá del titular, lo cual es un pecado ocultar). Bajo articuloyleoCitó los resultados de probar una solución trivial escrita por él en C (bajo una condición simplificada), mostrando que incluso una implementación C ingenua evita la versión optimizada de Haskell. Después de eso, los caballeros comenzaron a tirarse el uno al otrokacomentarios, en los que encontraron fallas con pequeñas diferencias en las posibilidades de sus opciones (esta es exclusivamente mi visión personal de la situación).
Después de algún tiempo, se publicó un artículo camarada chapuza, que introdujo la implementación de wc simplificado en Elixir, que también funciona más rápido que el estándar. La discusión continuó en los comentarios de la primera publicación, aunque en mi opinión se perdió el fusible anterior.
En este artículo no intentaremos derrotar un paradigma de lenguaje / programación con otro / otro. Creo que una persona imparcial entiende que C es mucho más flexible en términos de optimización manual que Haskell y la mayoría de los otros lenguajes de programación, y por lo tanto, el código C, aunque puede ser más lento que Haskell, también puede ser mucho más rápido, todo depende de quien escribe este código Por otro lado, personalmente veo muchas posibilidades del paradigma funcional que aún no se han descubierto, y no excluyo la posibilidad de que algún día el código funcional se optimice tan bien que escribir un análogo en C sería demasiado costoso. Pero aun así, esta vez aún no ha llegado.
, , ( ) , C-. . , , , 0xd34df00d "simd-".
, , .
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <Windows.h>
#include <intrin.h>
using namespace std;
struct stats
{
uint32_t char_count;
uint32_t line_count;
uint32_t word_count;
};
void word_count( unsigned char* const str, uint32_t size, stats& result );
int main( )
{
FILE* f;
fopen_s( &f, "input.txt", "rb" );
fseek( f, 0, SEEK_END );
long size = ftell( f );
rewind( f );
long alloc_size = size + 63 - ( size + 63 ) % 64;
unsigned char* const data = (unsigned char*)_aligned_malloc( alloc_size, 64 );
fread( data, 1, size, f );
fclose( f );
LARGE_INTEGER fr, t0, t1;
QueryPerformanceFrequency( &fr );
QueryPerformanceCounter( &t0 );
stats result;
word_count2( data, size, result );
QueryPerformanceCounter( &t1 );
_aligned_free( data );
double const time = (double)( t1.QuadPart - t0.QuadPart ) / (double)fr.QuadPart;
printf(
"Words: %d; lines: %d; chars: %d\nElapsed time: %lfms\n",
result.word_count, result.line_count, result.char_count, time * 1000.0
);
system( "pause" );
}
— , Windows Visual Studio. , Linux' , Linux- . , — VS.
, . , . 64 64 — SIMD-, . , . ( , , , .) , .
, Unicode, 32. , . , , .
Ryzen 5 3600 c 2x8 Gb 3200 MHz. , , .
:
void word_count( unsigned char* const str, uint32_t size, stats& result )
{
uint32_t lines = 1;
uint32_t words = 0;
bool was_space = false;
for ( uint32_t i = 0; i < size; ++i )
{
unsigned char const c = str[i];
bool const is_space = c <= ' ';
lines += ( c == '\n' ) ? 1 : 0;
words += ( is_space && !was_space ) ? 1 : 0;
was_space = is_space;
}
words += !was_space ? 1 : 0;
result.char_count = size;
result.line_count = lines;
result.word_count = words;
}
0xd34df00d. :
Words: 44774640; lines: 15000010; chars: 1871822228
Elapsed time: 1825.704800ms
(SIMD- )
, ? , (, , ). 16 SSE-?
SSE:
void word_count_sse( unsigned char* const str, uint32_t size, stats& result )
{
uint32_t lines = 1;
uint32_t words = 0;
bool was_space = false;
for ( uint32_t i = 0; i < size; i += 16 )
{
__m128i const c = _mm_load_si128( (__m128i*)( str + i ) );
uint32_t is_newline_mask = _mm_movemask_epi8(
_mm_cmpeq_epi8( c, _mm_set1_epi8( '\n' ) )
);
uint32_t is_space_mask = _mm_movemask_epi8(
_mm_andnot_si128( c, _mm_cmplt_epi8( c, _mm_set1_epi8( ' ' + 1 ) ) )
);
uint32_t was_space_mask = ( was_space ? 1 : 0 ) | ( is_space_mask << 1 );
lines += __popcnt( is_newline_mask );
words += __popcnt( is_space_mask & ~was_space_mask );
was_space = is_space_mask & 0x8000;
}
words += !was_space ? 1 : 0;
result.char_count = size;
result.line_count = lines;
result.word_count = words;
}
. was_space, . , 16 , 15- , .
_mm_load_si128 __m128i ( 128- XMM-).
. — 16- , 128- . SSE- XMM-, 16- _mm_movemask_epi8. — 128- , 16 , 16- , XMM-.
_mm_cmpeq_epi8, 128- , 0, , 255 . 128- , ( _mm_set1_epi8).
. , / SSE . _mm_cmplt_epi8 — , _mm_cmpeq_epi8. , , 128 , . _mm_andnot_si128. 128- "" . _mm_cmplt_epi8 . 128 , — , movemask'.
. was_space_mask, is_space_mask was_space, , __popcnt , . was_space , .
SIMD- x86 .
:
Words: 44774640; lines: 15000010; chars: 1871822228
Elapsed time: 165.704300ms
11 ! .
SIMD-
, , SSE AVX . 32 AVX/AVX2:
void word_count_avx( unsigned char* const str, uint32_t size, stats& result )
{
uint32_t lines = 1;
uint32_t words = 0;
bool was_space = false;
for ( uint32_t i = 0; i < size; i += 32 )
{
_mm_prefetch( (char*)str + i + 32 * 64, _MM_HINT_NTA );
__m256i const c = _mm256_load_si256( (__m256i*)( str + i ) );
uint32_t is_newline_mask = _mm256_movemask_epi8(
_mm256_cmpeq_epi8( c, _mm256_set1_epi8( '\n' ) )
);
uint32_t is_space_mask = _mm256_movemask_epi8(
_mm256_andnot_si256( c, _mm256_sub_epi8( c, _mm256_set1_epi8( ' ' + 1 ) ) )
);
uint32_t was_space_mask = ( was_space ? 1 : 0 ) | ( is_space_mask << 1 );
lines += __popcnt( is_newline_mask );
words += __popcnt( is_space_mask & ~was_space_mask );
was_space = is_space_mask & 0x80000000;
}
words += !was_space ? 1 : 0;
result.char_count = size;
result.line_count = lines;
result.word_count = words;
}
, SSE- . AVX/AVX2, , . 16, 32, 32-.
:
Words: 44774640; lines: 15000010; chars: 1871822228
Elapsed time: 109.606000ms
.
Prefetch
, , , , , _mm_prefetch. , , (, , ). AVX-:
void word_count2( unsigned char* const str, uint32_t size, stats& result )
{
for ( uint32_t i = 0; i < size; i += 32 )
{
_mm_prefetch( (char*)str + i + 32 * 64, _MM_HINT_NTA );
}
}
Words: 44774640; lines: 15000010; chars: 1871822228
Elapsed time: 73.564900ms
, 64 . , ; .
, RAM. — , 70ms. ( ).
, , . , , , 1.8 Gb 10 .
En cualquier caso, espero que el artículo sea interesante y que alguien pueda aprender algo nuevo por sí mismo.
Feliz holivarov!