Optimización guiada por perfiles

En programación informática , la optimización guiada por perfil ( PGO , a veces pronunciada como pogo ^{[ 1 ]} ), también conocida como retroalimentación dirigida por perfil ( PDF ) ^{[ 2 ]} u optimización dirigida por retroalimentación ( FDO ), ^{[ 3 ]} es la técnica de optimización del compilador que utiliza análisis previos de artefactos o comportamientos de software (" perfilado ") para mejorar el rendimiento esperado en tiempo de ejecución del programa.

Las técnicas de optimización basadas en el análisis estático del código fuente consideran mejoras en el rendimiento sin ejecutar el programa. No se realiza ningún análisis dinámico . Por ejemplo, inferir o establecer restricciones formales sobre el número de iteraciones que probablemente ejecutará un bucle es fundamental para decidir si se debe desenrollar o no, pero estos datos suelen depender de factores complejos de tiempo de ejecución que son difíciles de determinar con certeza. Por lo general, el análisis estático tendrá información incompleta y solo podrá ofrecer estimaciones aproximadas de las condiciones de ejecución finales.

El primer compilador de alto nivel, presentado como el Sistema Automático de Codificación de Fortran en 1957, dividía el código en bloques y diseñaba una tabla de la frecuencia de ejecución de cada bloque mediante una ejecución simulada del código al estilo Monte Carlo, en la que el resultado de las transferencias condicionales (como IFlas de tipo ) se determinaba mediante un generador de números aleatorios ponderado adecuadamente por las FREQUENCYinstrucciones proporcionadas por el programador. ^{[ 4 ]}

En lugar de la información de frecuencia proporcionada por el programador, la optimización guiada por perfiles utiliza los resultados de las ejecuciones de prueba de perfilado del programa instrumentado para optimizar el código generado final . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} El compilador accede a los datos de perfil de una ejecución de muestra del programa en un conjunto de entrada representativo. Los resultados indican qué áreas del programa se ejecutan con mayor frecuencia y cuáles con menor frecuencia. Todas las optimizaciones se benefician de la retroalimentación guiada por perfiles porque dependen menos de heurísticas al tomar decisiones de compilación. Sin embargo, la advertencia es que la muestra de datos alimentada al programa durante la etapa de perfilado debe ser estadísticamente representativa de los escenarios de uso típicos; de lo contrario, la retroalimentación guiada por perfiles puede perjudicar el rendimiento general de la compilación final en lugar de mejorarlo.

La compilación justo a tiempo puede utilizar información de tiempo de ejecución para recompilar dinámicamente partes del código ejecutado y generar código nativo más eficiente. Si el perfil dinámico cambia durante la ejecución, puede desoptimizar el código nativo anterior y generar un nuevo código optimizado con la información del nuevo perfil.

Existe soporte para compilar Firefox usando PGO. ^{[ 8 ]} Aunque PGO es efectivo, no ha sido ampliamente adoptado por los proyectos de software, debido a su tedioso modelo de compilación dual. ^{[ 9 ]} También es posible realizar PGO sin instrumentación recopilando un perfil usando contadores de rendimiento de hardware . ^{[ 9 ]} Este enfoque basado en muestreo tiene una sobrecarga mucho menor y no requiere una compilación especial.

La máquina virtual Java (JVM) de HotSpot utiliza la optimización guiada por perfiles para generar código nativo de forma dinámica. En consecuencia, un binario de software se optimiza para la carga real que recibe. Si la carga cambia, la optimización adaptativa puede recompilar dinámicamente el software en ejecución para optimizarlo para la nueva carga. Esto significa que todo el software ejecutado en la JVM de HotSpot utiliza eficazmente la optimización guiada por perfiles. ^{[ 10 ]}

PGO se introdujo en el compilador Microsoft Visual C++ (MSVC) con el lanzamiento de Visual Studio 2005.

PGO se ha adoptado en la versión de Google Chrome para Microsoft Windows . PGO se habilitó en la edición de 64 bits de Chrome a partir de la versión 53 y en la versión 54 para la edición de 32 bits . ^{[ 11 ]}

Google publicó un documento ^{[ 12 ]} que describe una herramienta en uso para utilizar perfiles de producción para guiar las compilaciones, lo que resulta en una mejora del rendimiento de hasta un 10 %.

Ejemplos de compiladores que implementan PGO son:

• Compilador Intel C++ y compiladores Fortran ^{[ 6 ]}
• Compiladores de la Colección de Compiladores GNU (comúnmente llamados GCC)
• Oracle Solaris Studio (anteriormente llamado Sun Studio)
• Compilador de Microsoft Visual C++ ^{[ 1 ] [ 13 ]}
• Clang ^{[ 14 ]}
• IBM XL C/C++ ^{[ 15 ]}
• GraalVM ^{[ 16 ]} Edición empresarial
• Compilador JIT de .NET ^{[ 17 ]}
• Ir ^{[ 18 ]}
• Óxido ^{[ 19 ]}

• Optimización adaptativa
• Eliminación dinámica de código muerto
• Optimización global
• Punto caliente (programación informática)
• Optimización interprocedimental
  • Optimización del tiempo de enlace (LTO)
• Seguimiento de la compilación justo a tiempo