第一章 open64简介

第一章 Open64简介

一、历史回顾 historical perspective

1、历史发展

Stanford 大学80年代初期对RISC上的编译器进行研究；80年代后期转为对MIPS上的编译器进行研究，并在O2选项基础上添加全局优化；90年代初期，又在O3基础上，添加了循环优化。
80年代末开发的cydrome cydra5编译器包含了软流水software pipeling，在它的基础上，SGI开发了一款新的编译器，添加了Floating-pt Performance?。
1997年，SGI将上述两款编译器，以及stanford的SUIF和Rice的IPA，集成到MIPSpro编译器上，2000年又添加对安腾Itanium的支持，发展为Pro64或者又称Open64编译器。

2、重大事件 Key Events

1994: Development started to compile for MIPS R10000
1996: SGI MIPSpro compiler shipped
1998: Started retargetting to Itanium, changed front-ends to gcc/g++
2000: Pro64 compiler open-sourced via GPL
2001: SGI dropped support, UDel renamed compiler to Open64
2001 – 2004: ORC project funded by Intel for Itanium
2003: PathScale started work to retarget to X86
2004: PathScale X86 compiler shipped in April

3、pathscale的主要贡献

将open64移植到X86和X86-64；
针对64位X86 linux的性能领头羊；
GNU和open64之间的桥梁；
私有的openmp运行时库；
建立基础结构。

二、open64的整体设计

1、可以支持全部优化的编译器基础结构

2、主要组成部分Whirl的特点：

1） 多个前端，单一后端；
2） 一种中间形式，但支持多层次的优化；
3） 持续的lower表示。

3、要特别说明的几个部件：

1） LNO：针对循环的优化，基于数据依赖data dependency；
2） WOPT：全局标量优化，基于SSA；
3） IPA：过程间优化，基于整个程序的分析；
4） CG：依赖于目标机。

4、没有重复性工作：

1） 任何阶段都可以调用whirl简化器；
2） 共享分析的数据；
3） 各个阶段可以相互调用。

三、中间表示

1、IR在编译器中的作用

1） 支持多个前端的语言；
2） 支持多个后端的处理器；
3） 支持中端优化的转变；
4） 是各个阶段的接口；
5） 提升编译器设计时的模块化；
6） 减少重复的功能设计；
7） 是现代编译器中的一个重要的基础结构。

2、IR在按照语义的分级：

1）higher level，
优点：有更多的结构；代码序列短；有更多的程序信息；
缺点：结构等级化；可做的优化很少。
2）lower level，
优点：结构平稳；可做优化多；
缺点：结构少；代码长；程序信息少。

3、编译流程

四、编译各阶段优化设计的原则

1、higher level有更多的程序信息，代码少，易做优化。

2、各阶段优化的设计

1） 优化机会在lower level出现的，就要靠后实现；
2） 早期阶段暴露的优化机会有：
Inline; 常数传播 const propagation；循环合并loop fusion。
3） 早期阶段为后面的阶段计算有用信息：
别名和指针分析；Use-Def；数据依赖。
4） 代价小的优化，可以多做几次。
5） 破坏程序信息的优化，尽量靠后。

3、Whirl设计

1） common/com/wn_core.h
2） 每个函数体最终用一个树表示；
3） 对不同的结构，建立不同的符号表，可以参看common/com/symtab*.h
最小的WN只有24字节；压缩域空间；二进制的读写？
4）在各个阶段，whril的存在不同的文件中：
前端生成 *.B; IPA/inline *.I; LNO *.N; WOPT *.O
他们都可以dump出来。

4、whirl基本概念

1） operator 操作码
2） desc 操作数的机器或标量类型
3） rtype 结果的机器或者标量类型
4） opcode 一个记录？（operator, rtype, desc）
5） symbol table index: 唯一地确定一个程序中的符号或者标示符
6） high level type: 程序中声明的类型
7） field-id: 唯一的标示结构体或者联合中的一个域

5、whirl优化中的概念

1）语句节点statement node是顺序节点；
2）副作用side effect只发生在语句的边界，并且只涉及三种语句：store, call, asm
3）表达式节点expression node不是顺序节点；
4）表达式节点计算时没有副作用，所以允许激进的表达式调度？
5）程序在源代码中的位置信息，只在语句节点下可用。

6、whirl map

作用：为whirl node添加额外的注释信息，对短暂的信息很有用。
需要克服wn空间确定的难题。
Wn一般分为几种不同类型。
每个wn都存有一个Map_id，在一种wn类型中它是唯一的，且与map table中的wn信息对应。

7、各层whirl的作用

1） very high whirl
可以重新翻译成C或Fortran的程序；
有几种结构仅存在于这一层：comma操作码；嵌套函数调用；C的条件运算符。
Inline作用在这一层。
2） high whirl
支持循环级别的优化；
确定的控制流；
主要的结构有：Array（数据依赖分析，向量化），Do loop，if语句，fortran I/O语句
IPA，PREOPT，LNO作用在这一层；
能够反编译回源程序；
可以让用户看见inline和LNO的效果。
3） mid whirl
此时中间表示与RISC指令一一对应；
控制流通过jump显示出来；
地址计算、位域访问也开始显现；
复数扩展到浮点操作；
WOPT在这一层作用。
4） low whirl
一些intrinsics转变为call调用；
Linkage 转换显示出来；
数据层计算完毕