Часть 0 Профилировка программ
Профилировкой
здесь и на протяжении всей книги мы будем называть измерение производительности как всей программы в целом, так и отдельных ее фрагментов, с целью нахождения "горячих" точек
(HotSpots), – тех участков программы, на выполнение которых расходуется наибольше количество времени.
Согласно правилу "10/90", десять процентов кода съедают девяносто процентов производительности системы (равно как и десять процентов людей выпивают девяносто процентов всего пива). Если время, потраченное на выполнение каждой машинной инструкции, изобразить графически в порядке возрастания их линейных адресов, на полученной диаграмме мы обнаружим несколько высоченных пиков, горделиво возвышающихся над практически пустой равниной, усеянной множеством низеньких холмиков (см. рис. 0x001) Вот эти самые пики – "горячие" точки и есть.
Почему "температура" различных участков программы столь неодинакова? Причина в том, что подавляющее большинство вычислительных алгоритмов так или иначе сводятся к циклам, – т.е. многократным повторениям одного фрагмента кода, причем зачастую циклы обрабатываются не последовательно, а образуют более или менее глубокие иерархии, организованные по типу "матрешки". В результате, львиную долю всего времени выполнения, программа проводит в циклах с наибольшим уровнем вложения и именно их оптимизация дает наилучший прирост производительности!
Громоздкие и тормозные, но редко вызываемые функции оптимизировать нет какой нужды, – это практически не увеличит быстродействия приложения (ну разве что они совсем уж криво будет написаны).
Если алгоритм программы прост, а ее исходный текст свободно умещается в сотню-другую строк, – горячие точки не трудно обнаружить и визуальным просмотром листинга. Но с увеличением объема кода это становится все сложнее и сложнее. В программе, состоящей из тысяч сложно взаимодействующих друг с другом функций (часть из которых – функции внешних библиотек и API операционной системы) далеко не так очевидно: какая же именно из них в набольшей степени ответственна за низкую производительность приложения.
Естественный выход – прибегнуть к помощи специализированных программных средств.
Профилировщик
(так же называемый "профайлером") – основной инструмент оптимизатора программ. Оптимизация "в слепую" редко дает хороший результат. Помните пословицу "самый медленный верблюд определяет скорость каравана"? Программный код ведет себя полностью аналогичным образом и производительность приложения определяется самым узким его участком. Бывает, что виновницей оказывается одна – единственная машинная инструкция (например, инструкция деления, многократно выполняющаяся в глубоко вложенном цикле). Программист, затратив воистину титанические усилия на улучшение остального кода, окажется премного удивлен, что производительность приложения едва ли возросла процентов на десять – пятнадцать.
Правило номер один: ликвидация не самых горячих точке программы, практически не увеличивает ее быстродействия.
Действительно, сколько не подгоняй второго сзади верблюда – от этого караван быстрее идти не будет (случай, когда предпоследней верблюд тормозит последнего – это уже тема другого разговора, требующего глубоких знаний техники профилировки, а потому и не рассматриваемая в настоящей книге).
