性能優(yōu)化這個話題可大可小。從大的方面來說，在系統(tǒng)設(shè)計之初，需要考慮硬件的選擇，操作系統(tǒng)的選擇，基礎(chǔ)軟件平臺的選擇;從小到方面來說，每個子系統(tǒng)的設(shè)計，算法選擇，代碼怎么寫，如何使用編譯器的選項，如何發(fā)揮硬件的***性能等等。本系列關(guān)注的是在給定硬件平臺，給定操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件平臺的情況下，如何優(yōu)化代碼，簡而言之，就是關(guān)注小的方面。

在給定硬件平臺的情況下，如何發(fā)揮硬件的***效能?前提是需要對硬件平臺很熟悉。如何分離硬件相關(guān)代碼和硬件無關(guān)的代碼是一個很重要的技能。針對某一硬件平臺優(yōu)化固然是好，但是如果代碼都是硬件相關(guān)的，就失去了可移植性，軟件的性價比不一定高。

性能優(yōu)化只是系統(tǒng)的一個方面，它會和系統(tǒng)的其他要求有沖突，比如

• 可讀性：性能優(yōu)化不能影響可讀性，看起來不怎么漂亮的代碼，沒有人愿意維護
• 模塊化：性能優(yōu)化往往需要打破模塊的邊界，想想這是否值得
• 可移植：隔離硬件相關(guān)的代碼，盡量使用統(tǒng)一的API
• 可維護：許多性能優(yōu)化的技巧，會導(dǎo)致后來維護代碼的人崩潰

需要在性能優(yōu)化和上述的幾個要求之間做出tradeoff，不能一意孤行。

性能優(yōu)化的目標(biāo)是什么?不外乎兩個：

• 時間性能：減小系統(tǒng)執(zhí)行的時間
• 空間性能：減小系統(tǒng)占用的空間

那么我們優(yōu)化的策略，首先就是對系統(tǒng)進行分解，測量：

• 分解：系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)，執(zhí)行路徑，函數(shù)，指令等等
• 測量：每個子系統(tǒng)，執(zhí)行路徑，函數(shù)，指令所花費的時間和空間

然后，選取執(zhí)行次數(shù)最多，消耗時間最長的函數(shù)進行優(yōu)化(這里需要指出的是，消耗時間最長的函數(shù)并不一定就是優(yōu)化的對象，這個需要放到某個執(zhí)行路徑上去考察，優(yōu)化最常使用的執(zhí)行路徑)。

對于單核和多核的優(yōu)化，有什么不同?以cache miss為例，在單核上

• I-cache miss的原因是什么?一是代碼路徑太長，以至于超出了cache的容量，cache需要替換;二是 多個執(zhí)行路徑之間相互交替，cache需要替換;三是I-cache, D-cache互相踩。(對于i-cache的優(yōu)化，基本上沒有什么可遵循的規(guī)則。最有效的還是：一，減少無用的代碼;二，減少冗余的代碼;三，減少函數(shù)調(diào)用的開銷;4，快速路徑短小精干，相關(guān)代碼相鄰;5，相關(guān)代碼放到一個段里面等等)
• D-cache miss的原因是什么?一是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)太大，超出了cache的容量(大數(shù)組，長鏈表都會有這個問題，比較之下，還是數(shù)組更讓人放心一點);二是多個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互踩(問題是一個執(zhí)行路徑，需要訪問那么多數(shù)據(jù)嗎?如果是，這個路徑是不是太復(fù)雜了一點);三是D-cache和I-cache的沖突(這個不好說，系統(tǒng)里面會出現(xiàn)這種模式的cache miss嗎?)

在多核上，cache miss會有什么新的特點?

• I-cache miss：多核有獨立的L1 cache，共享的L2/L3 cache。如果多條執(zhí)行路徑同時進行，cache的沖突幾率就會增大。但是這是沒辦法的事情，總不能什么事都不做吧。所以，對i-cache的優(yōu)化，關(guān)注快速路徑就可以了，不要把精力都花費在這個上面
• D-cache miss：鎖，原子操作，偽共享等都會引起多核上的D-cache miss。這是多核優(yōu)化時需要關(guān)注的重點。優(yōu)化的策略也很直接，就是盡量減少鎖，原子操作，偽共享等。多核的所有沖突都是由共享引起的，所以要區(qū)分出哪些是必須共享的，哪些是可以per thread的。并行優(yōu)化與應(yīng)用有關(guān)，需要注意的是，優(yōu)化是否對所有用例都有效?做不好，可能顧此失彼。

性能優(yōu)化必備技能

• 熟悉系統(tǒng)執(zhí)行路徑：可以通過讀代碼或者使用profiling工具學(xué)習(xí)代碼，要思考執(zhí)行路徑上不合理的地方，看看哪里可以減少，哪里可以合并。熟悉系統(tǒng)執(zhí)行路徑是性能優(yōu)化的基礎(chǔ)。
• 熟悉測量工具：順手的工具必不可少
• 常用的代碼優(yōu)化技巧和策略：針對不同的語言，不同的平臺，使用與之相應(yīng)的技巧和策略

學(xué)習(xí)性能優(yōu)化是一個不斷積累的過程，在這個過程中，總結(jié)和學(xué)習(xí)自己用的順手的工具和技巧，不斷嘗試，不斷思考，就會有收獲。

原文：性能優(yōu)化的方法和技巧：總結(jié)

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