Performanz-orientierte Programmierung in C# Performanzaspekte von MS Performanz-orientierte Programmierung in C# Performanzaspekte von MS.NET Matej Ciesko Microsoft Student Partner Friedrich – Alexander Universität Erlangen – Nürnberg matej.ciesko@stud.uni-erlangen.de

Performanz-orientierte Programmierung in C# Einführung Performanz-orientierte Programmierung Optimierung [Optimizing is the process of changing a program or the environment in which it runs to improve its performance.] Prozess der Optimierung: Problem identifizieren Problem evaluieren Anwenden einer Optimierungstechnik Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Agenda Einführung Performanzzähler (performance counters) Nanosekunden Timer MS.NET Profiling API MS.NET – Performanzaspekte CLR, JIT, CG Performanzaspekte bei Entwicklung mit C# Objekte (GC) Datentypen Sicherer/Unsicherer Code … Zusammenfassung

Performanz-orientierte Programmierung in C# Ziele Performanzaspekte des MS.NET Messen von Performanzverhalten Schreiben vom effizienten Code (C#) Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Einführung Beispielapplikation: Matrix – Matrix Multiplikation C = A * B Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanzaspekte von C# Arrays Array[index] Eliminierung der Überprüfung: Längentest im For-Header for (int i=0; i < Array.Length; i++) for (int i=0; i < Array.Length + y; i++) Array[i+6]; sum += a[i] Überprüfung Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanzaspekte von C# C# Zeiger Arbeiten außerhalb vom GC „Pinnen“ von Objekten zum Speicher unsafe{ fixed (type* ptr = expr) statement } Anmerkung: Compiler flag: /unsafe Code ist unsafe Nach dem statement sind alle “pinned” Objekte für den GC wieder freigegeben Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Einführung Beispielapplikation: ??? Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Profiling Performanzzähler Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Profiling Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Fundamentale Prinzipien der Performanz-orientierten Programmierung: Performanzziele setzen Messen, messen und noch mehr messen Optimieren Profiling: Präzise Messung (von Zeit/Clock Ticks) von Hardware und/Applikation um Aussagen über Laufzeitverhalten von Applikation treffen zu können. Hardwarezähler (performance counters) Windows Performance Counters MS.NET Profiler API Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Profiling Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Hardware Counters Sehr hohe zeitliche Auflösung!!! Performanzereignisse Programmcharakteristika, Speicher, pipeline stalls, branch prediction, ressource utilization CPU Profiling Hardware Ereignisdetektoren (event detectors) Ereigniszähler (event counters) Beispiel: RDTSC(Read Time Step Counter) typedef struct _int32 { __int32 i32[2] } BigInt; BigInt start_ticks, end_tickes; _asm { RDTSC mov start_ticks.int32val.i32[0], eax mov start_ticks.int32val.i32[4], edx } >2 x CPU SpeedStep Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Profiling Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Windows Performance Counters MS Windows API perfmon.exe Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Profiling Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung .NET CLR Profiling Services speziell für Verhalten von .NET Applikationen COM – Schnittstellen: ICorProfilerCallback ICorProfilerInfo Profiler Design COM Server Komponente implementieren ICorProfilerCallback implementieren Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Profiling Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung .NET CLR Profiling Services set Cor_Enable_Profiling = 0x1 set Cor_Profiler={FA0C6E77-AFF4-…992C} CLR Cor_Enable_Profiling = TRUE _myProfiler CoCreateInstance ICorProfilerCallback::Initialize Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Profiling Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Allocation Profiler (Demo) Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Profiling Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Allocation Profiler Intel® VTune™ Performance Analyzer Rational® PurifyPlus for Windows Compuware® DevPartner Profiler Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

MS.NET Performanzaspekte Speicherverwaltung Compiler Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

.NET Performanzaspekte Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Source code Fortran C# C++ Unmanaged Component Compiler Compiler Compiler Managed code Assembly IL Code Assembly IL Code Assembly IL Code Common Language Runtime JIT Compiler Native Code Operating System Services Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

.NET Performanzaspekte Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung JIT (Just-In-Time) Kompilierung Ausgangspunkt Plattformunabhängiger IL Code Generelle Optimierung Constant folding, Method inlining, Loop unrolling, Common subexression elimination Optimierung zur Laufzeit Lazy code selection, cache tuning, CPU spezifische Optimierung Theoretisch: Performanter als statische Compiler Manche Optimierungen aus Zeitgründen nicht möglich Längere „startup“ Zeiten der Applikationen ngen.exe + - Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

.NET Performanzaspekte Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung SciMark Benchmark Fast Fourier Transformations (FFT), Successive Over-Relaxation (SOR), Monte-Carlo Quadrat, Sparse Matrix Multiplikation, LU Matrix Dekomposition v 1.1 + 54.1 MFLOP Architekturspez. Opt. Double-to-int cast (IA-32 SSE2) 300 200 MFLOP 100 1.0 1.1 HW: 2.4GHz Pentium 4, 256 MB RAM http://rotor.cs.cornell.edu/SciMark Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

.NET Performanzaspekte Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung CLR – automatische Speicherverwaltung „Allocation pattern“: GUT: Große Objekte, die am Programm- ende sterben Kleine, kurzlebige Objekte SCHLECHT: Viele Objekte überleben bis in Gen 2 und sterben „alte“ Objekte referenzieren „junge“ Objekte [1] Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

.NET Performanzaspekte Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung CLR – automatische Speicherverwaltung Maß für „Allocation Profile“: Performance counter: .NET CLR Memory: %in GC GUT < 30% SCHLECHT > 30% Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

.NET Performanzaspekte Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Microsoft Shared Source CLI - „Rotor“ ECMA-334 (C#) ECMA-335 (Common Language Infrastructure) Microsoft Windows® XP FreeBSD SSCLI: www.sscli.net Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Weitere C# Tricks GC-freundliches Programmieren Boxing, Werte/Referenztypen, Zeiger, Loops Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanzaspekte von C# Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung GC & StringBuilder: Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanzaspekte von C# Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Loops foreach vs. for = Eleganz vs. Performanz Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanzaspekte von C# Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung SciMark HW: 2.4GHz Pentium 4, 256 MB RAM http://rotor.cs.cornell.edu/SciMark Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Zusammenfassung Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung Profiling: „Performance Counter“ MS.NET CLR, GC, JIT C# Optimierungen GC-freundliches Programmieren Boxing, Werte/Referenztypen, Zeiger, Loops Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Zusammenfassung Perf. Counters MS.NET C# Zusammenfassung MS.NET als High Performance Plattform Werkzeuge zur Performanzmessung und Analyse Ausdrucksstark Einfach (Übersichtlich) Effizienter Code Plattformunabhängigkeit; Portabilität Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Fragen Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Haben Sie noch Fragen? Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Wie geht es weiter auf der STC…? Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004

Performanz-orientierte Programmierung in C# Ressourcen www.studentconference.de msdn.microsoft.com www.microsoft.com/net msnews.microsoft.com Rotor: www.sscli.net [1] Performance Considerations for Run-Time Technologies in the .NET Framework A .NET Developer Platform White Paper; http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dndotnet/html/dotnetperftechs.asp Performanz-orientierte Programmierung in C# STC 02. – 03. Juni 2004