Predicción del rendimiento

En informática , la predicción del rendimiento consiste en estimar el tiempo de ejecución u otros factores de rendimiento (como los fallos de caché ) de un programa en un ordenador determinado. Se utiliza ampliamente por arquitectos informáticos para evaluar nuevos diseños, por desarrolladores de compiladores para explorar nuevas optimizaciones y también por programadores avanzados para ajustar sus programas.

Existen muchos métodos para predecir el rendimiento de un programa en una computadora. Estos se pueden dividir a grandes rasgos en tres categorías principales:

• predicción basada en simulación
• predicción basada en perfiles
• modelado analítico

Los datos de rendimiento se pueden obtener directamente de simuladores informáticos , en los que cada instrucción del programa objetivo se ejecuta dinámicamente a partir de un conjunto de datos de entrada específico. Los simuladores pueden predecir el rendimiento del programa con gran precisión, pero requieren mucho tiempo para procesar programas grandes. Algunos ejemplos son los simuladores PACE ^{[ 1 ]} y del túnel de viento de Wisconsin ^{[ 2 ],} así como el más reciente conjunto de herramientas de simulación WARPP ^{[ 3 ]} , que busca reducir significativamente el tiempo necesario para la simulación de sistemas paralelos.

Otro enfoque, basado en la simulación por trazas, no ejecuta todas las instrucciones, sino que utiliza un archivo de trazas que almacena únicamente los eventos importantes del programa. Este enfoque pierde algo de flexibilidad y precisión en comparación con la simulación precisa a nivel de ciclo mencionada anteriormente, pero puede ser mucho más rápido. La generación de trazas suele consumir una cantidad considerable de espacio de almacenamiento y puede afectar gravemente el tiempo de ejecución de las aplicaciones si se registra una gran cantidad de datos durante la ejecución.

El enfoque clásico de predicción del rendimiento trata un programa como un conjunto de bloques básicos conectados por una ruta de ejecución. Por lo tanto, el tiempo de ejecución de todo el programa es la suma del tiempo de ejecución de cada bloque básico multiplicado por su frecuencia de ejecución, como se muestra en la siguiente fórmula:

${\displaystyle T_{program}=\sum _{i=1}^{n}{(T_{BB_{i}}*F_{BB_{i}})}}$

Las frecuencias de ejecución de los bloques básicos se generan a partir de un analizador de rendimiento , por lo que este método se denomina predicción basada en perfiles. El tiempo de ejecución de un bloque básico se obtiene normalmente mediante un planificador de instrucciones sencillo.

La predicción clásica basada en perfiles funcionó bien para los primeros procesadores de ejecución secuencial con una sola instrucción, pero no logra predecir con precisión el rendimiento de los procesadores modernos. La razón principal es que los procesadores modernos pueden emitir y ejecutar varias instrucciones simultáneamente, a veces fuera del orden original y cruzando los límites de los bloques básicos.