Interdependência entre alocação de registradores e escalonamento de instruções: estudo sistemático e verificação de soluções
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Mariza Andrade da Silva Bigonha
Carlos Camarão de Figueiredo
Kécia Aline Marques Ferreira
Leonardo Vieira dos Santos Reis
Carlos Camarão de Figueiredo
Kécia Aline Marques Ferreira
Leonardo Vieira dos Santos Reis
Resumo
A alocação de registradores e o escalonamento de instruções são duas importantes tarefas realizadas por um compilador. A primeira define quais valores do programa deverão ser alocados nos registradores físicos da máquina e associa esses valores com os registradores físicos disponíveis. A segunda escalona as instruções do programa, podendo movimentá-las ao longo do código, a fim de que a sequência de instruções resultante seja executada mais rapidamente do que a sequência de instruções original. Todavia, essas duas tarefas estão envolvidas em um problema de priorização: se a tarefa de alocação for executada antes da tarefa de escalonamento, falsas dependências poderão surgir entre as instruções do código, prejudicando o escalonamento ótimo. Por outro lado, se a tarefa de escalonamento for realizada antes da tarefa de alocação, os valores do programa podem permanecer vivos por um grande número de instruções, aumentando as chances de derramamentos de valores para a memória. Esse problema de priorização, também conhecido como o problema da interdependência entre as tarefas de alocação de registradores e escalonamento de instruções, ganhou relevância com o surgimento das arquiteturas RISC e com o aumento da importância dos compiladores para a geração de códigos eficientes. O trabalho descrito nesta dissertação considera esse problema em duas vertentes distintas e complementares: uma teórica, realizada por meio de uma revisão sistemática da literatura sobre o tema; e uma prática, efetuada a partir da implementação da abordagem de Pinter no LLVM, uma abordagem que visa reduzir o impacto que a interdependência entre as duas tarefas acarreta sobre a geração de códigos eficientes. Os resultados alcançados, principalmente os resultados práticos, indicam que a interdependência entre as duas tarefas continua sendo um problema relevante e mostram que a implementação realizada foi capaz de gerar códigos mais eficientes, quando comparados com os códigos gerados pelo LLVM e pelo Microsoft Visual Studio.
Abstract
Register allocation and instruction scheduling are two important tasks performed by
a compiler. The first defines which program values should be allocated in the machine
physical registers and associates those values with the available physical registers. The
second schedules the program instructions, moving them along the code, so that the
resulting instruction sequence is executed faster than the original instruction sequence.
However, these two tasks are involved in a prioritization problem: if the allocation task
is executed before the scheduling task, false dependencies may arise between instructions,
preventing the optimal scheduling. On the other hand, if the scheduling task
is performed prior to the allocation task, program values can remain alive for a large
number of instructions, increasing the chances of spilling values into memory. This prioritization
problem, also known as the problem of the interdependence between register
allocation and instruction scheduling tasks, has gained relevance with the emergence of
RISC architectures and with the increasing importance of compilers for efficient code
generation. The work described in this dissertation takes over this problem in two
distinct and complementary aspects: a theoretical one, realized through a systematic
literature review; and a practical one, realized by the implementation of Pinter’s
approach into LLVM, an approach that aims to reduce the impact that the interdependence
between the two tasks produces on the generation of efficient code. The results
achieved, mainly the practical results, indicate that the interdependence between the
two tasks remains a relevant problem and show that the realized implementation was
able to generate more efficient codes, when compared to codes generated by LLVM and
Microsoft Visual Studio compilers
Assunto
Computação – Teses, Compiladores (Computadores) – Teses, Software – Desenvolvimento – Teses, Otimização de código - Teses
Palavras-chave
Compiladores, Otimização de Código, Alocação de Registradores, Escalonamento de Instruções
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