本書旨在指導大家優化運行在現代CPU上的應用程序的性能。具體來說，主要分為兩部分內容：
? 第一部分介紹性能分析，包括對CPU微架構、術語和指標的簡要概述，還探討了分析性能的不同方法和現代平臺上可用的硬件監控功能。
? 第二部分展示如何發現優化機會，以及可以做哪些轉換來提高程序的性能。此外，還提供了一份可應用于用戶應用程序的優化清單，包括循環優化、向量化、函數內聯等，并討論了有助于消除CPU微架構層面的問題（如緩存未命中、分支預測錯誤等）的代碼轉換。
本書對于從事性能關鍵型應用程序開發和進行系統底層優化的技術人員來說是不可或缺的。對于任何想更好地了解應用程序性能并探索其診斷和改進方法的開發者來說，這本書也很有用。
Preface?目 錄
譯者序
前言
致謝
作者簡介
第1章?導讀1
1.1?為什么需要性能調優2
1.2?誰需要做性能調優5
1.3?什么是性能分析7
1.4?本書的主要內容8
1.5?本書不包含什么內容9
1.6?本章總結10
第一部分?現代CPU性能分析
第2章?性能測量12
2.1?現代系統中的噪聲13
2.2?生產環境中的性能測量15
2.3?自動檢測性能退化問題16
2.4?手動性能測試18
2.5?軟件計時器和硬件計時器22
2.6?微基準測試24
2.7?本章總結25
第3章?CPU微架構27
3.1?指令集架構27
3.2?流水線28
3.3?利用指令級并行30
3.3.1?亂序執行30
3.3.2?超標量引擎和超長指令字31
3.3.3?投機執行33
3.4?利用線程級并行34
3.5?存儲器層次35
3.5.1?高速緩存層次35
3.5.2?主存39
3.6?虛擬內存39
3.7?單指令多數據多處理器40
3.8?現代CPU設計42
3.8.1?CPU前端42
3.8.2?CPU后端44
3.9?性能監控單元44
第4章?性能分析中的術語和指標47
4.1?退休指令與執行指令47
4.2?CPU利用率48
4.3?CPI和IPC48
4.4?微操作49
4.5?流水線槽位51
4.6?核時鐘周期和參考時鐘周期51
4.7?緩存未命中52
4.8?分支預測錯誤53
第5章?性能分析方法55
5.1?代碼插樁56
5.2?跟蹤58
5.3?負載表征59
5.3.1?統計性能事件59
5.3.2?手動收集性能計數60
5.3.3?事件多路復用和縮放62
5.4?采樣63
5.4.1?用戶模式采樣和基于硬件
事件的采樣64
5.4.2?尋找熱點64
5.4.3?采集調用棧66
5.4.4?火焰圖69
5.5?屋頂線性能模型69
5.6?靜態性能分析73
5.7?編譯器優化報告75
5.8?本章總結78
第6章?性能分析相關的CPU特性80
6.1?自頂向下微架構分析技術81
6.1.1?Intel VTune Prof iler中的
TMA84
6.1.2?Linux perf中的TMA85
6.1.3?第一步：確定瓶頸86
6.1.4?第二步：定位具體的代碼
位置88
6.1.5?第三步：解決問題90
6.1.6?小結91
6.2?后分支記錄92
6.2.1?采集LBR棧94
6.2.2?獲取調用圖95
6.2.3?識別熱點分支96
6.2.4?分析分支預測錯誤率97
6.2.5?機器碼的準確計時98
6.2.6?評估分支輸出的概率100
6.2.7?其他應用場景101
6.3?基于處理器事件的采樣101
6.3.1?精準事件102
6.3.2?降低采樣開銷103
6.3.3?分析內存訪問104
6.4?Intel處理器跟蹤技術105
6.4.1?工作流105
6.4.2?時間報文106
6.4.3?采集和解析跟蹤文件107
6.4.4?用法108
6.4.5?磁盤空間和解析時間109
6.5?本章總結110
第二部分?基于源代碼的
CPU調優
第7章?CPU前端優化117
7.1 機器碼布局118
7.2 基本塊118
7.3 基本塊布局119
7.4 基本塊對齊121
7.5 函數拆分123
7.6 函數分組125
7.7 基于剖析文件的編譯優化126
7.8 對ITLB的優化128
7.9 本章總結128
第8章?CPU后端優化130
8.1 內存綁定130
8.1.1 緩存友好的數據結構131
8.1.2 顯式內存預取136
8.1.3 針對DTLB優化138
8.2 核心綁定141
8.2.1 函數內聯141
8.2.2 循環優化143
8.2.3 向量化149
8.3 本章總結158
第9章?優化錯誤投機160
9.1 用查表替換分支161
9.2 用斷言替換分支162
9.3 本章總結164
第10章?其他調優165
10.1 編譯時計算165
10.2 編譯器內建函數166
10.3 緩存預熱167
10.4 減少慢速浮點運算168
10.5 系統調優169
第11章?優化多線程應用程序171
11.1 性能擴展和開銷171
11.2 并行效率指標174
11.2.1 有效CPU利用率174
11.2.2 線程數量174
11.2.3 等待時間175
11.2.4 自旋時間175
11.3 使用Intel VTune Profiler進行
分析175
11.3.1 尋找耗時鎖175
11.3.2 平臺視圖178
11.4 使用Linux perf進行分析178
11.5 使用Coz進行分析181
11.6 使用eBPF和GAPP進行分析181
11.7 檢測一致性問題182
11.7.1 緩存一致性協議182
11.7.2 真共享184
11.7.3 偽共享184
11.8 本章總結186
附錄A?減少測量噪聲188
附錄B?LLVM向量化程序193
跋198
術語200
參考文獻20
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