|
Часть 4
ГЛАВА 3: СТРАТЕГИИ ПРОФИЛИРОВАНИЯ
Если Вы думаете, что процесс совершенствования Вашей про-
граммы при помощи профилирования состоит всего лишь из трех по-
следовательных этапов на первом из которых вы получаете профиль
программы, на втором- модифицируете исходный текст Вашей програм-
мы, а на третьем- уже празднуете победу, то Вы глубоко заблуждае-
тесь. Профилирование Ваших программ в системе Turbo Profiler с
целью повышения их быстродействия- это динамичный интерактивный
процесс. Вы собираете статистику, анализируете данные о процессе
выполнения, находящиеся в разнообразных окнах, возможно, изменяе-
те какие-то параметры профилирования для получения новых данных,
профилируете еще раз, снова проводите анализ статистики, модифи-
цируете исходный текст и компилируете его, опять получаете проф-
иль программы, затем анализируете статистику и так далее.
Если Вы поначалу не уверены в своих предположениях о том,
какие из участков Вашей программы являются ее "узкими местами",
то, при помощи системы Turbo Profiler, получите ее профиль с теми
значениями параметров профилирования, которые установлены по
умолчанию. После этого, посмотрев на результаты профилирования,
появившиеся в окне Execution Profile (Профиль выполнения), Вы по-
лучите представление о том, какие из подпрограмм Вашей программы
потребляют большую часть времени ее выполнения. Сопоставив вре-
менные и количественные данные, Вы поймете какие участки Вашей
программы наиболее дорогостоящи в смысле времени, затрачиваемого
на одно выполнение. Вооруженные этими знаниями, Вы можете смело
начинать атаку неэффективных участков Вашей программы.
Система Turbo Profiler имеет несколько различных окон отче-
та, предназначенных для изображения и анализа полученных стати-
стических данных. Также Вы можете распечатать содержимое такого
окна на бумаге, либо записать его на диск для учета этапов повы-
шения быстродействия Вашей программы. В окнах отчета Вы можете
увидеть количественную и временную информацию о процессе выполне-
ния Вашей программы, данные о ее работе с файлами, информацию об
использовании прерываний DOS, работе механизма оверлеев, а также
о вызовах подпрограмм.
Как же Вам распорядиться всей этой мощностью и гибкостью?
Как использовать систему Turbo Profiler наиболее оптимальным об-
разом и получать при этом максимальную отдачу? В чем заключаются
хитрости профилирования? Очевидно, что в этой главе мы просто не
сможем исчерпывающе ответить на все поставленные вопросы. Но, тем
не менее, мы опишем некоторые основные принципы, приемы и страте-
гии для того, чтобы придать Вам начальное ускорение.
Примечание: Вы можете обратиться к большому количеству
книг и статей, содержащих общие сведения о профилирова-
нии.
При получении первого профиля Вашей программы система Turbo
Profiler производит следующие действия:
* автоматически просматривает текст Вашего EXE-файла в поисках
головного модуля Вашей программы;
* устанавливает маркеры "областей" для Вашей программы;
* определяет какой из из модулей исходного текста Вашей про-
граммы содержит в себе ее головную часть;
* загружает этот головной модуль в окно Module (Модуль);
* устанавливает курсор на начальную точку головного модуля.
Модуль исходного текста Вашей программы является головным в
том случае, если он содержит в себе строку, выполняющуюся самой
первой после запуска программы. Маркеры "областей" отмечают уча-
стки Вашей программы, для которых Вы хотите собрать статистиче-
ские данные. Число установленных маркеров зависит от количества
символических имен, найденных в отладочной информации Вашей про-
граммы
И всякий раз, когда Вы выходите из системы Turbo Profiler
происходит автоматическое сохранение информации о "областях", по-
меченных в Вашей программе, в файле с именем <имя файла>.TFA, где
<имя файла> совпадает с именем Вашей программы. Каждый раз при
загрузке Вашей программы в систему Turbo Profiler происходит по-
иск соответствующего файла с расширением .TFA, и, в случае нали-
чия такого файла, происходит автоматическое задание "областей" на
основании имеющейся в данном файле информации .
Также Вы можете сохранить результаты профилирования в файле
с расширением .TFS, используя для этого команду Statistics| Save
(Статистика| Сохранить). По умолчанию, имя такого файла будет
иметь вид: <имя файла>.TFS. Вы можете воспользоваться именем, за-
даваемым по умолчанию, либо изменить его (в том случае, если Вы
хотите сохранить несколько профилей одной и той же программы).
Примечание: Мы рекомендуем Вам сохранять результаты профили-
рования, получение которых заняло много времени, на тот случай,
если у Вас вдруг возникнет желание снова взглянуть на эти данные.
Подготовка к получению профиля
Примеры первой главы были небольшими и достаточно простыми,
они были созданы для того, чтобы в общих чертах показать процесс
профилирования. Основной задачей, поставленной в первой главе бы-
ло скорее совершенствование программы prime, чем поиск "узких
мест" данной программы.
На самом же деле необходимость использования профилировщика
возникает в гораздо большей степени при написании программ боль-
шого размера, чем в случае, когда программы малы, так как сначала
необходимо выявить "узкие места" программы, а уже потом пытаться
понять то,каким образом можно усовершенствовать каждое из них.
Вследствие ряда причин найти "узкие места" легче, чем придумать
как с ними лучше поступить.
Перед тем, как профилировать Вашу программу, преобразуйте ее
исходный текст для того, чтобы извлечь максимальную пользу из по-
лученных статистических данных. Скомпилируйте Вашу программу (не-
зависимо от того внесли Вы в нее какие-либо изменения или нет)
в режиме с включенной отладочной информацией. Затем уста-
новите маркеры, которые укажут профилировщику в каких местах и
какие данные собирать.
Преобразование текста Вашей программы.
Первое, что вам необходимо сделать- это привести вашу про-
грамму к такому виду, который позволит вам понять, какие именно
данные вам необходимо получить в результате профилирования. На-
пример, если вы разрабатываете интерактивную программу, в которой
часто происходит выполнение операторов ввода с клавиатуры, то вам
совсем неинтересно будет узнать о том, что большая часть времени
выполнения вашей программы тратиться на ожидание того момента,
когда пользователь нажмет на какую-либо клавишу.
Вот некоторые основные технические приемы, используемые при
поиске "узких мест" в больших программах:
* Задавайте вашим программам достаточно большие наборы входных
данных, для получения наиболее информативных профилей.
Если вы попытаетесь профилировать программу поиска подстрок,
подавая ей на вход файл, состоящий из трех строчек, то вы не
сможете почерпнуть многого из полученных в результате этого
данных. Точно также поиск коротких подстрок, входящих почти
в каждую из строк файла (с общим числом строк равным 10000),
даст профиль совершенно непохожий на тот, который получился
бы в случае поиска длинной подстроки, встречающейся в данном
файле один единственный раз.
Примечание: Выбор входных данных для вашей программы
это очень важный момент на который следует обратить
особое внимание.
* Если ваша программа работает достаточно быстро, то вы можете
собрать данные о нескольких ее выполнениях. (Для этого необ-
ходимо изменить соответствующим образом значение параметра
Run Count (Число выполнений) в блоке диалога Profiling
Options (Параметры профилирования.))
* Модифицируйте вашу программу таким образом, чтобы она рабо-
тала независимо от ввода с клавиатуры, или просто уберите
маркеры с тех "областей", внутри которых такой ввод исполь-
зуется.
Вводите необходимые для работы вашей программы входные дан-
ные из файла или используйте генератор случайных чисел для
того, чтобы заполнить массив этими данными. Основная идея
заключается в выборе типичных данных из тех, с которыми ваша
программа реально может иметь дело.
* Изолируйте модули программы, про которые заведомо известно,
что они нуждаются в улучшении.
Компиляция вашей программы
После того, как вы привели вашу программу к виду, для кото-
рого профилирование уже не будет являться такой уж бессмысленной
затеей, вам необходимо еще раз ее скомпилировать, задав при этом
сбор отладочной информации.
Turbo Profiler можно использовать со следующими версиями
программных продуктов фирмы Borland: если Вы работаете в системе
Turbo Pascal, то она должна быть версии 5.0 или более высокой,
системы Turbo C++ и Turbo Assembler должны иметь версию 1.0 или
более позднюю. Вы должны задать такие значения параметров компи-
ляции Ваших программ, которые обеспечивают наличие полной отла-
дочной информации о символических именах.
Примечание: Файлы, скомпилированные Вами для того, чтобы от-
лаживать их в системе Turbo Debugger, могут, без какой-либо до-
полнительной обработки, использоваться в системе Turbo Profiller.
* Turbo Pascal: параметры Standalone Debugqing (Самостоятель-
ная отладка) и Debug Information (Отладочная информация)
должны быть установлены в состояние On (Включен).
* Turbo C++: Должна быть активирована селективная кнопка
Standalone (Самостоятельная).
* Turbo C: Должно быть указано значение Standalone (Самостоя-
тельная) параметра Debug| Source Debugging (Отладчик| Отлад-
ка исходного текста).
* Turbo Assembler: Исходный текст должен ассемблироваться с
заданием параметра /zl командной строки и, затем, при помощи
программы TLINK, запускаемой c указанием параметра /v должен
быть построен загрузочный модуль.
Также, при использовании системы Turbo Profiler, Вы можете
обрабатывать файлы, полученные на выходе компилятора Microsoft C
или ассемблера MASM, если Вы их предварительно преобразуете
при помощи программы TDCONVRT или TDMAP. (Посмотрите документацию
по утилитам системы Turbo Debugger, включенную в файл
MANUAL.DOC.)
При работе в системе Turbo Profiler необходимо иметь как
.EXE-файл, так и файлы с исходным текстом Вашей программы. Turbo
Profiler ищет файлы с исходными текстами в следующих директориях
(обращение к директориям происходит в том порядке, в котором они
перечислены):
1. в директории, в которой они находились во время компиляции
(эта информация имеется в выполнимом файле);
2. в директории, задаваемой командой Options| Path for Source
(Параметры| Путь для поиска исходных текстов);
3. в текущей директории;
4. в директории, содержащей .EXE-файл профилируемой в данный
момент программы.
Задание "областей" профилирования
Как только Вы привели текст программы к виду, позволяющему
сконцентрировать внимание на ее "узких местах" и скомпилировали
Вашу программу в режиме с созданием отладочной информации, Вы го-
товы к тому, чтобы выполнять ее в среде профилировщика и собирать
статистические данные для отдельных "областей". Вы можете начать
с получения профиля всей программы целиком, и затем постепенно
фокусировать свое внимание на все более мелких деталях по мере
того, как будут выявляться подозрительные участки программы. На-
чните с задания "областей", установленного по умолчанию. Система
Turbo Profiler самостоятельно пометит "области", основываясь при
этом на информации о символических именах, присоединенной к вы-
полнимому файлу.
Напомним, что "областью" называется участок Вашей программы
о котором Вы желаете получить статистические данные."Областью"
может быть одна строка, оператор, например, такой как оператор
цикла, или целая подпрограмма. Маркер "области" устанавливает, в
месте своего расположения, контрольную точку прерывания выполне-
ния программы. Как только профилировщик встречает такую точку, он
выполняет некоторое определенное множество команд, зависящих от
того, каким образом были заданы значения параметров для данной
"области". Это множество команд может быть как подпрограммой для
ведения учета статистических данных, так и единственной коман-
дой остановки выполнения программы.
Вот те действия, которые может производить профилировщик при
пересечении границы "области":
Режим работы Что происходит в данном режи-
ме
Normal (Нормальный) Начинается сбор статистиче-
ских данных (для каждой поме-
ченной области собирается ко-
личественная и временная ста-
тистика).
Enable (Включить) Включается процесс сбора ста-
тистики (в том случае, если
перед этим он был выключен).
Disable (Выключить) Отключается только процесс
сбора статистических данных,
выполнение программы продол-
жается. Если начинает выпол-
няться "область" программы,
для которой задан режим
Enable (Включить), то профи-
лировщик возобновляет сбор
статистических данных.
Stop (Останов) Выполнение программы прекра-
щается и управление передает-
ся в среду системы Turbo
Profiler. В этот момент Вы
можете посмотреть собранные
статистические данные, а за-
тем опять возобновить выпол-
нение программы.
По умолчанию, система Turbo Profiler подсчитывает сколько
раз, за время выполнения программы, управление попадает на вход-
ную точку каждой "области" и сколько времени отнимает выполнение
каждой "области". Вы можете изменить действия профилировщика, ко-
торые он производит при входе в "область", установив соответству-
ющим образом параметр Operation (Режим работы) в блоке диалога
Areas Options (Параметры "области"), который можно вызвать из ло-
кальных меню окна Module (Модуль) и Areas ("Области").
Когда Вы помечаете "области" в своей программе перед тем,
как начать получение ее профиля, Вам необходимо рассмотреть сле-
дующие вопросы:
* Для какого количества "областей" должна собираться статисти-
ка?
* Профиль каких участков программы должен быть получен?
* Какие действия должны выполняться в каждой из помеченных
"областей"?
Какой уровень детализации Вам следует выбрать?
Для начала Вам необходимо решить как много информации Вы хо-
тите получить в результате профилирования. При этом нужно учиты-
вать длину Вашей программы, а также то, сколько времени занимает
ее выполнение.
* Для небольшой программы у Вас возможно возникнет желание по-
лучить статистическую информацию для каждой выполняемой
строки, что является максимально возможным уровнем детализа-
ции.
* Для большой программы необходима меньшая степень подробно-
сти, скорее всего достаточно подсчитать лишь количество вре-
мени, затрачиваемого на выполнение каждой из процедур.
Понятие "большая" является довольно расплывчатым, но очевид-
но, что нужно принимать во внимание такие характеристики про-
граммы, как количество модулей в исходном тексте, количество под-
программ и количество строк.
Если Ваш исходный текст состоит из 10 000 строк, содержащих-
ся в 10 модулях, то было бы вполне разумно профилировать их по
одиночке и в режиме активного анализа. (Ведь Ваша программа раз-
бита на отдельные функциональные модули, не так ли?)
С другой стороны, если размер Вашей программы составляет ме-
нее 100 строк и Вам необходим ее детальный анализ, то Вы, возмож-
но, захотите получить статистические данные для каждой из строк.
Если время выполнения Вашей программы не превышает пяти се-
кунд, то Вы получите более объективные результаты профилирования,
если выполните эту программу несколько раз и затем усредните по-
лученные данные (установите число выполнений Вашей программы при
помощи команды Statistics| Profiling command (Статистика| Команды
профилирования). Если Ваша программа, даже без учета времени,
расходующегося на получение статистических данных, выполняется в
течение часа, будьте осторожны при пометке "областей", если Вы
пометите их слишком много, то время выполнения Вашей программы
может стать неприемлемо большим.
Вы разбиваете Вашу программу на ряд "областей", выбрав для
этого команду Add Areas (Добавить "области") в локальном меню ок-
на Module (Модуль), затем выполняете Вашу программу, для того,
чтобы получить статистические данные для каждой из "областей".
Если Вы не укажете системе Turbo Profiler, каким образом по-
метить "области" в Вашей программе, то она использует схему, за-
даваемую по умолчанию для того, чтобы попытаться сделать это са-
мостоятельно каким-то разумным образом. Основываясь на таблице
символических имен данной программы, система Turbo Profiler выби-
рает один из двух вариантов задания "областей" в Вашей программе:
* Если в таблице символических имен содержится мало элементов
и программа состоит из одного модуля, система Turbo Profiler
по умолчанию помечает в качестве "области" каждую строку в
модуле (Every Line in Module).
* Если таблица символических имен для данной программы велика
и сама программа состоит из нескольких модулей, то в качест-
ве "областей" по умолчанию помечаются все подпрограммы (All
Routines).
Рекомендация: Если Ваша программа имеет очень большой
размер, то сначала, для получения общей картины, мы со-
ветуем получить ее профиль, работая в пассивном режиме,
и, затем, на основании полученной информации, выбрать
некоторые "области" для более детального изучения.
Какие данные Вам необходимо получить в процессе профилирова-
ния?
По умолчанию, система Turbo Profiler собирает следующую ин-
формацию о помеченных Вами "областях":
* число обращений к данной " области";
* общее количество времени, затраченное на выполнение данной
"области" (это относится только к активному режиму профили-
рования);
* число импульсов таймера сгенерированных во время выполнения
данной "области".
Но Вы можете собрать во время профилирования и более обшир-
ную информацию:
* Активировав параметр Statistics| Callers (Статистика| Вызы-
вающие подпрограммы) и установив соответствующим образом па-
раметры Call Stack (Стек вызовов) в блоке диалога Area
Options (Параметры "области") Вы можете проследить, какими
подпрограммами вызывается помеченная подпрограмма,как часто
это происходит, а также каковы пути этих вызовов.
* Если активирован параметр Statistics| Files (Статистика|
Файлы), то Вам становится доступной информация о работе Ва-
шей программы с файлами.
* Вы можете проследить за использованием Вашей программой
оверлейных файлов, активировав для этого параметр
Statistics| Overlays (Статистика| Оверлеи).
Как только Вы активировали соответствующие параметры меню
Statistics (Статистика), Вы можете открыть соответствующие окна
отчета о профилировании ( использовав для этого меню View (Про-
смотр), затем вызвать локальные меню для каждого из окон, для то-
го, чтобы указать детали, относящиеся к данным, которые Вы хотите
получить.
Помните о том, что для получения отчета о профилировании в
желаемом виде, необходимо установить соответствующие параметры до
того, как Вы начнете выполнять Вашу программу.
В какой момент следует начать сбор данных?
Часто Вам необходимо собрать временные данные только о вы-
полнении какого-то конкретного участка Вашей программы. Для того,
чтобы это сделать, начните выполнение Вашей программы, вообще не
собирая никакой статистической информации, установите для этого
параметр Statistics| Accumulation (Статистика| Накопление) в со-
стояние Disabled (Отключен). Вы можете в любое время посмотреть
какое значение имеет параметр Accumulation (Накопление), вызвав
для этого на экран блок File| Get Info (Файл| Получить информа-
цию) и посмотрев состояние параметра Collection (Сбор).
В том случае, если параметр Accumulation (Накопление) отклю-
чен, Вы должны включить этот параметр для маркера "области", ин-
формацию о которой Вы хотите получить, и затем отключить этот
параметр для маркера "области" в которой Вы хотите запретить
сбор статистических данных. Число таких точек, в которых включа-
ется и выключается сбор статистических данных ограничено лишь
количеством доступной оперативной памяти, как правило Вы можете
задать столько таких точек, сколько Вам требуется.
Каким образом сгруппировать временные данные?
Профилировщик может изобразить временные данные для каждой
из подпрограмм отдельно от других, а может объединить их с данны-
ми, соответствующими тем подпрограммам, которыми были вызваны вы-
шеупомянутые подпрограммы.
По умолчанию предполагается, что как только активная в дан-
ный момент времени подпрограмма вызывает какую-либо другую под-
программу, помеченную маркером "области", профилировщик помещает
первую из этих подпрограмм в стек вызовов и считает, что с этого
момента она находится в пассивном состоянии. И до тех пор пока
управление программы находится в вызванной подпрограмме, профили-
ровщик относит каждый импульс таймера исключительно к данной под-
программе, забывая на это время о том, откуда она была вызвана.
Тем не менее, если Вы укажете, что вызывающая подпрограмма
должна использовать объединенные часы (а не отдельные часы), то
профилировщик будет относить импульсы таймера, происходящие во
время выполнения вызванной подпрограммы, к обеим подпрограммам
сразу.
* Если подпрограмма А не вызывает никакие другие подпрограммы,
то она не появится в качестве "области" в окне Execution
Profile (Профиль выполнения). Вместо этого в данном окне фи-
гурирует подпрограмма, вызвавшая подпрограмму А, причем в
качестве времени ее выполнения показывается сумма времен вы-
полнения каждой из этих подпрограмм.
* Если подпрограмма А вызывает какие-либо другие подпрограммы,
то данная подпрограмма появляется в окне Execution Profile
(Профиль выполнения). И время ее выполнения включает в себя
сумму времени выполнения всех подпрограмм, вызываемых дан-
ной.
Режим работы системы Turbo Profiler, задаваемый по умолча-
нию, использует отдельный таймер для каждой помеченной подпрог-
раммы. Поэтому обычно время выполнения подпрограммы измеряется не
учитывая времени выполнения вызываемых ею подпрограмм. Если Вы
хотите, чтобы это время включалось во время выполнения рассматри-
ваемой подпрограммы, то для этого необходимо выбрать в блоке диа-
лога Options (Параметры) окна Areas ("Области") значение парамет-
ра Timing (Подсчет времени), равное Combined (Объединенный).
Какие данные Вам необходимо просматривать?
Очень важно знать, каким образом можно контролировать коли-
чество информации,сначала собираемой, а затем отображаемой на эк-
ране профилировщиком, особенно в том случае, если Вы желаете по-
лучить подробную информацию всего лишь о некоторой части какой-то
большой программы.
Система Turbo Profiler предлагает два способа для управления
количеством информации о Вашей программе, выдаваемой на экран:
* Перед тем, как приступить к получению профиля, Вы можете ог-
раничить количество собираемой информации посредством зада-
ния соответствующих значений параметров профилирования.
* После того, как профиль программы уже получен, Вы можете,
при выводе на экран, отфильтровать собранные данные, изобра-
жая только те из них, которые интересуют Вас в настоящий мо-
мент.
В окнах Module (Модуль), Areas ("Области") и Interrupt (Пре-
рывания) Вы можете указывать системе Turbo Profiler для каких
участков Вашей программы необходимо собирать статистические дан-
ные, и насколько эти данные должны быть подробны. Выбор степени
детальности рассмотрения Вашей программы может варьироваться, на-
чиная с рассмотрения всех подпрограмм в данном модуле и заканчи-
вая одним единственным оператором. Вы можете собирать только вре-
менную статистику (установив режим анализа в состояние Passive
(Пассивный), или же собирать полную гамму данных (все доступные
данные), включающие в себя полный перечень стеков вызовов, обра-
щений к файлам и оверлеям, а также все вызовы прерываний DOS. Вы
можете увеличивать или уменьшать интервалы времени, отсчитываемые
таймером, тем самым меняя степень разрешения полученного профиля
программы (данная возможность имеется только в пассивном режиме
работы).
Важное замечание: При выборе количества собираемых данных Вы
вынуждены принимать какие-то компромиссные решения. Так как, чем
более обширную и подробную информацию собирает система Turbo
Profiler, тем медленнее происходит процесс получения профиля, и
тем большее количество оперативной памяти требуется для собранной
статистики.
Если же Вы уже получили какие-то статистические данные, то
при помощи ряда команд, задаваемых в окнах, в которых находится
отчет о профилировании, Вы можете временно исключить из рассмот-
рения некоторые из них. (смотрите соответствующий раздел данного
руководства где изложена более подробная информация о фильтрации
изображаемой статистики).
Получение профиля Вашей программы.
Как только Вы пометили "области", приступайте к получению
профиля Вашей программы. Вы можете сохранить результаты профили-
рования с помощью команды Statistics| Save (Статистика| Сохра-
нить). В результате выполнения этой команды статистика сохраняет-
ся в файле с расширением TFS (Turbo Profiler Statistics (Стати-
стика системы Turbo Profiler). Если Вы хотите сохранить резуль-
таты нескольких сеансов профилирования, лучше всего было бы на-
звать файлы, в которых будут храниться эти результаты, используя
некоторые соглашения, позволяющие однозначно определять в каком
из файлов находятся данные каждого из сеансов (например,
RUN1.TFS, RUN2.TFS и т.д.). Подобные названия файлов делают более
простым последующее сравнение этих данных.
Примечание: Заключение о том, что какой-либо профиль заслу-
живает сохранения, можно сделать лишь ознакомившись с содержанием
нескольких окон Execution Profile (Профиль выполнения).
После того как Вы сохpаните статистические данные в файле с
pассшиpением .TFS, Вы можете пpиступить к их изучению путем пpос-
мотpа инфоpмации, находящейся в pазличных окнах отчета о пpофи-
лиpовании (profile report windows), пpичем для наилучшего понима-
ния значения этих данных Вы имеете возможность выводить их на
экpан в отфильтpованном и отсоpтиpованном pазличными способами
виде. Пpи этом Вы не утpатите каких-либо маpкеpов или статистиче-
ских данных, так как в любое вpемя Вы можете воспpоизвести их
пеpвоначальный вид (пpосто загpузив инфоpмацию в пpофилиpовщик из
соответствующего файла с pасшиpением .TFS). Общее пpавило таково:
если на получение пpофиля пpогpаммы было затpачено большое коли-
чество вpемени, то следует сохpанить этот пpофиль, за исключени-
ем, конечно, того случая, когда Вы абсолютно увеpены в том, что
впоследствии он Вам не понадобится.
Что Вы пытаетесь понять в ходе процесса профилирования?
Обычно пpогpаммисты пользуются пpофилиpовщиком для получения
ответа на один или несколько из следующих вопpосов:
* Насколько эффективен данный алгоpитм? (Тестиpование алгоpит-
ма).
* Делает ли данная пpогpамма то, что по моему мнению она долж-
на делать? Все ли части данной пpогpаммы pаботоспособны?
(Веpификация и тестиpование)
* Сколько вpемени затpачивается на выполнение каждой из
подпpогpамм? В течение какого пpомежутка вpемени Ваша
пpогpамма использует те или иные pесуpсы? (Подсчет вpемен
выполнения и контpоль за использованием pесуpсов (resource
monitoring)
* Какова стpуктуpа данной пpогpаммы? (Анализ стpуктуpы
пpогpаммы)
Следующая таблица связывает между собой цель пpофилиpования
и тип собиpаемой Вами инфоpмации, необходимой для достижения дан-
ной цели.
Таблица 3.1 Способы применения профилировщика
Цель профилирования Тип собираемой информации
Тестирование алгоритма Информация о количестве вы-
полнений строк;
Отчет о динамике вызовов под-
программ.
Верификация и тестирование Информация о количестве вы-
программ полнений подпрограмм, (воз-
можно,и строк тоже);
Отчет о динамике вызовов под-
программ.
Подсчет времен выполнения и Временная статистика; количе-
контроль за использованием ре- ственная статистика; данные
сурсов об использовании прерываний;
данные об обращениях к фай-
лам; информация об использо-
вании оверлеев.
Анализ структуры программы Отчет о динамике вызовов под-
программ; данные об обращени-
ях к файлам; профиль выполне-
ния (включающий временную и
количественную статистику);
данные об использовании пре-
рываний; информация об ис-
пользовании оверлеев.
Тестирование алгоритма.
В случае анализа алгоритма Ваше внимание сосредотачивается
на небольшом количестве подпрограмм, поэтому информация о количе-
стве выполнений строк программы имеет большее значение, чем вре-
менные данные. Вам необходимо произвести следующие действия:
1. Выделить алгоритм и все поддерживающие подпрограммы, пометив
их как "области".
2. Убедиться в том, что Вы установили маркеры "области" на каж-
дой строке всех подпрограмм, реализующих рассматриваемый ал-
горитм.
Примеры Главы 1 демонстрируют анализ алгоритма, причем этот
анализ проводится в основном с точки зрения времени выполнения.
Верификация и тестирование программ.
В случае верификации и тестирования программ информация о
том, сколько раз выполнялись строки программы, имеет более важное
значение, чем временные данные. Но так как в процессе верификации
и тестирования Вы исследуете программу в целом, то Вам необходи-
мо видеть, как различные части программы работают во взаимодейст-
вии друг с другом.
Получение профиля программы в процессе прогона типичных тес-
тов позволяет выявить участки программы, которые выполняются не-
большое число раз, либо вообще не выполняются. Например, посред-
ством изучения путей вызова в окне Callers (Вызывающие программы)
и вывода на печать листинга исходного текста (содержащего количе-
ственную характеристику) из окна Module (Модуль), Вы можете удо-
стовериться в том, что каждая строчка Вашей программы была дей-
ствительно выполнена.
Поскольку в процессе тестирования и верификации программ Вы
работаете с крупными фрагментами исходного текста, то Вы не нуж-
даетесь в таком количестве подробностей, как в случае анализа ал-
горитма. Тем не менее и в этом случае бывает полезным иметь ин-
формацию о том, сколько раз выполнялась та или иная подпрограмма.
И в ситуации, когда Вы хотели бы протестировать ряд подпрограмм,
составляющих некоторую иерархическую структуру, данные о количе-
стве выполнений могут помочь Вам убедиться в том, что в процессе
выполнения программы каждая из ветвей операторов типа переключа-
тель и условных операторов была пройдена хотя бы один раз.
Подсчет времени выполнения и контроль за использованием ре-
сурсов.
При подсчете временной статистики для программы большого
размера с целью выявления участков, замедляющих ее работу, Вам,
как правило, не требуется подсчитывать эти данные на уровне
строк. При подсчете временных соотношений для процесса выполнения
программы Вам необходимо знать две вещи:
1. сколько времени тратится на выполнение каждой подпрограммы;
2. в каких случаях при подсчете времени выполнение подпрограммы
это время включает в себя времена подпрограмм, вызываемых из
данной.
Перед тем как начать подсчет временных соотношений процесса
выполнения, Вам необходимо установить маркеры "областей" для всех
подпрограмм, фигурирующих в исходном тексте. В случае очень боль-
ших программ приходится ограничиваться только лишь одним модулем.
Если Вы пометили маркерами единственный модуль, то задача
удачного группирования статистических данных становится очень
важной. Вот некоторые методы, позволяющие усовершенствовать про-
цесс профилирования:
* Используйте фильтры для того, чтобы сделать невидимой инфор-
мацию, которая Вас в данный момент не интересует (это можно
сделать при помощи команды Filter (Фильтр) локального меню
окна Execution Profile (Профиль выполнения);
* Убирайте маркеры "области", помечающие подпрограммы, которые
Вас в данный момент не интересуют (это можно сделать при по-
мощи команды Remove (Убрать) локальных меню окон Modulе (Мо-
дуль), Execution Profilе (Профиль выполнения) и Areas ("Об-
ласти"));
* Объединяйте времена выполнения для рассматриваемых подпрог-
рамм (это можно сделать, установив соответствующим образом
параметр Timer (Таймер), при помощи команды
Statistics|Profiling Options (Статистика|Параметры профили-
рования) либо команды Options (Параметры) локального меню
окна Areas (Области).
Если Вы получаете профиль программы, внутренняя структура
которой вам неизвестна, то Вы можете параллельно подсчитывать
временные соотношения и изучать структуру программы.
Изучение структуры незнакомой программы.
Одним из наилучших путей изучения структуры незнакомой про-
граммы является анализ истории вызовов подпрограмм, которая ото-
бражается системой Turbo Profiler в окне Callers (Вызывающие под-
программы). Эта история вызовов демонстрирует иерархическую
структуру программы, для которой был получен профиль. Хотя в каж-
дый из моментов времени в окне Callers (Вызывающие подпрограммы)
могут находиться пути вызова только какой-то одной подпрограммы,
Вы, тем не менее, имеете возможность распечатать все истории пу-
тей вызовов, полученные в данном сеансе профилирования. Для этого
необходимо, открыв окно Callers (Вызывающие подпрограммы), вос-
пользоваться командой Print| Statiatics (Печать|Статистика).
Рис. 3.1 Окно Callers (Вызывающие подпрограммы)
Получив информацию о том, какие из подпрограмм вызываются
данной, а так же о том какие из подпрограмм сами вызывают данную
и приняв во внимание то, сколько раз управление программы прохо-
дило по каждому из путей вызова, Вы можете сделать заключение о
том, какие подпрограммы имеют наибольшее значение для работы всей
программы. Вы так же сможете предвидеть какие из подпрограмм бо-
лее высокого уровня будут затронуты при внесении изменений в ка-
кую-либо подпрограмму.
На основании временной и количественной статистики Вы можете
понять какие из подпрограмм являются наиболее важными. Контроль
за обращением к файлам и работой с оверлеями позволяет проследить
за открытием и закрытием всех временных файлов, используемых про-
граммой во время своего выполнения, а также за загрузкой в память
оверлеев. Получить перечисленные данные на основании лексического
анализа программы довольно сложно.
Окна профилировщика Execution Profile (Профиль выполнения),
Module (Модуль) и Areas ("Области") связаны между собой, что по-
зволяет быстро перемещаться по содержимому этих окон, устанавли-
вая курсор на заданные, функционально зависимые, но физически
удаленные друг от друга участки исходного текста Вашей программы.
Какой режим профилирования Вы используете?
В процессе получения профиля программы очень важное значение
имеет выбор режима работы, который может быть активным или пас-
сивным. Режим устанавливается при помощи кнопки Profile Options
(Параметры профилирования). По умолчанию Turbo Profiler работает
в режиме активного анализа, в котором автоматически собирается
как количественная, так и временная статистика, а так же другие
данные (такие, например, как история вызовов подпрограмм или ин-
формация о использовании прерываний), учет которых задан текущей
конфигурацией параметров меню Statistics (Статистика). Если же
Ваша программа работает очень медленно и Вы можете обойтись без
количественной статистики и истории вызовов подпрограмм, то Вам
необходимо использовать режим пассивного анализа, в котором про-
филировщик собирает только временные данные о помеченных "обла-
стях" (такие как время выполнения; время, затраченное на вызовы
прерываний и обращения к файлам) и поэтому процесс получения про-
филя происходит гораздо быстрее.
Активный анализ.
При работе в активном режиме большую роль играет то, на-
сколько часто в процессе выполнения управление попадает на марке-
ры "областей". Например Вы можете пометить каждую строчку Вашей
программы за исключением одного оператора цикла, но, если на ра-
боту данного оператора тратится 95% времени выполнения всей про-
граммы, то количество помеченных "областей" не сможет оказать
значительного влияния на время работы программы.
Примечание: С другими способами, позволяющими ускорить
процесс получения профиля Вы можете познакомиться в
разделе "Как ускорить профилирование", расположенном
ниже.
Профилировщик ощутимо замедляет работу программы в том слу-
чае, когда при каждом выполнении оператора исходного текста ему
приходится производить большое количество действий по учету ста-
тистических данных. Если Вы попали в такую ситуацию, то у Вас
всегда имеется возможность перейти на работу в режиме пассивного
анализа, в котором отключается выполнение некоторых дорогостоящих
процедур по учету статистических данных, обычно приводящихся в
действие при попадании управления программы на маркер "области".
Пассивный анализ.
В режиме пассивного анализа Turbo Profile регулярно прерыва-
ет процесс выполнения программы для того, чтобы проверить значе-
ние счетчика команд, CS:IP. Если значение данного счетчика указы-
вает на адрес, находящийся внутри помеченной "области", то профи-
лировщик увеличивает значение переменной в которой накапливаются
временные данные для данной "области". Если значение счетчика
CS:IP не указывает на внутренность какой либо помеченной области
(к примеру это значение может указывать на адрес прерывания DOS
или вызова BIOS), то профилировщик никак не учитывает импульс
таймера, вызвавший данное прерывание работы программы.
Проинтерпретировать результаты пассивного анализа довольно-
-таки тяжело, за исключением случаев когда время выполнения Вашей
программы велико или когда Вы накапливаете статистику в результа-
те большого числа запусков Вашей программы. Некоторые "области"
Вашей программы могут вообще не найти никакого отражения в стати-
стических данных несмотря на то, что в действительности они рабо-
тают в процессе выполнения программы. Это происходит потому, что
прерывания работы программы, производимые профилировщиком, просто
не совпадают со временем выполнения этих "областей".
Если Вы устанавливаете режим пассивного анализа, то в ре-
зультате этого не происходит заметного замедления работы програм-
мы. Но в этом случае Вы можете не получить некоторую требующуюся
Вам информацию. Вы не сможете получить количественные данные, а
также информацию о путях вызова подпрограмм, но тем не менее Вам
остаются доступными сведения о вызовах прерываний и обращениях к
файлам.
При профилировании в пассивном режиме Вы получаете более
адекватные статистические данные несколько раз (для этого необхо-
димо присвоить параметру Run Count (Счетчик числа выполнений),
находящемуся в блоке диалога Profiling Options (Параметры профи-
лирования), значение, превышающее 1).
Примечание: За то, что пассивный анализ не сильно уве-
личивает время работы программы, Вам приходиться пла-
тить некоторой неполнотой полученного профиля.
Некоторые вещи, на которые стоит обратить внимание.
Некоторые данные, полученные в результате пассивного анали-
за, могут ввести Вас в заблуждение, если при их рассмотрении Вы
не будете учитывать следующих соображений:
* Если в процессе работы Вашей программы выполняются операции
чтения с диска и записи на него, то время затрачиваемое на
эти операции прибавляется ко времени выполнения соответству-
ющей подпрограммы только в случае активного анализа, при
пассивном анализе этого не происходит.
* Когда Ваша программа обращается к какому-либо прерыванию, не
помеченному как "область", то профилировщик прибавляет вре-
мя, затрачиваемое на обработку прерывания ко времени выпол-
нения подпрограммы, из тела которой произошло обращение к
данному прерыванию, если анализ происходит в активном режи-
ме, если же задан пассивный режим работы, то это время про-
сто игнорируется.
Профилирование объектно-ориентированных программ.
В общем случае, профилирование объектно-ориентированных про-
грамм не очень сильно отличается от профилирования обыкновенных
программ. Вы можете обращаться с этими программами точно так же,
как со всеми остальными, рассматривая при этом методы в качестве
вызовов подпрограмм.
Как ускорить процесс получения профиля.
Каждый раз, когда управлениие Вашей программы передается ка-
кой-либо подпрограмме, помеченной в качестве "области", Turbo
Profiler выполняет ряд определенных действий для учета статисти-
ческой информации. Скорость выполнения программы в процессе полу-
чения ее профиля зависит от того, как часто управление попадает
на маркеры "областей", а так же от типа данных, собираемых профи-
лировщиком для тех "областей, который выполняются наиболее часто.
Чем более подробная информация собирается о какой либо "области",
тем больше времени требуется профилировщику для ее учета.
В некоторых случаях Turbo Profiler может замедлить работу
Вашей программы до неприемлемого уровня. Такая ситуация возможна
в случае частых обращений к какой-либо подпрограмме если пути ее
вызова имеют большую длину и параметры, регулирующие сбор инфор-
мации о стеках вызовов имеют значения, задающие режим в котором
проиcходит запоминание всех стеков вызовов во всех "областях".
Если Вы пометите такую глубоко вложенную подпрограмму в качестве
"области", то системе Turbo Profiler придется затрачивать большое
количество времени на отслеживание путей вызова этой подпрограм-
мы.
Примечание: Даже в случае когда при профилировании ваша
программа работает медленнее чем на самом деле все вре-
менные данные, получаемые системой Turbo Profiler соот-
ветствуют действительности.
Для обнаружения того, что Ваша программа часто вызывает не-
которую подпрограмму, находящуюся на низком уровне иерархии, не-
обходимо переключиться на работу в окне Execution Profile (Проф-
иль выполнения) и отобразить на экране количественную статистику.
(Для этого необходимо вызвать локальное меню и задать значение
Counts (Подсчет) для параметра Display (Изображение). В результа-
те на экране должна появиться гистограмма, отражающая сколько раз
была выполнена каждая "область" и упорядоченная по числу выполне-
ний.
Если одна или несколько подпрограмм вызываются Вашей про-
граммой гораздо чаще чем остальные, то Вы можете заблокировать
выдачу на экран статистической информации о этих подпрограммах
при помощи команды Filter| Current (Отфильтровать| Текущую) ло-
кального меню окна Execution Profile (Профиль выполнения). Также
Вы можете снять пометку с "областей", соответствующих данным под-
программам при помощи команды Remove (Убрать), имеющейся в ло-
кальных меню окон Module (Модуль), Areas (Области) и Execution
Profile (Профиль выполнения).
Как повысить точность статистических данных.
Если Вам не удается собрать достаточного количества данных
(из-за того, что Ваша программа работает слишком быстро и профи-
лировщик не успевает получить статистически значимую выборку) или
собранные данные не соответствуют истинному положению вещей
(вследствие резонанса, т.е. в том случае, когда частота импульсов
таймера совпадает с частотой выполнения некоторой части Вашей
программы), то в такой ситуации Вы не можете принять обоснованное
решение о том, какие изменения необходимо внести в исходный текст
Вашей программы. Давайте посмотрим, что же можно предпринять в
случае возникновения перечисленных проблем.
Недостаточное количество данных.
Для повышения точности временных статистических данных, а
так же для получения статистически значимой выборки этих данных,
необходимо произвести несколько запусков Вашей программы, исполь-
зуя для задания их числа параметр Run Count (Счетчик запусков),
находящийся в блоке диалога Profiling Options (Параметры профили-
рования). При каждом запуске Вашей программы профилировщик добав-
ляет полученные временные данные к соответствующим данным, со-
бранным во время предыдущих запусков. Это продолжается до тех пор
пока число произведенных запусков не станет равно значению пара-
метра Run Count (Счетчик запусков).
Резонанс.
Если причиной неточности статистических данных является ре-
зонанс, то в этом случае следует воспользоваться параметром Clock
Speed (Скорость часов), находящемся в блоке диалога Profiling
Options (Параметры профилирования), и позволяющим устанавливать
частоту работы таймера профилировщика в диапазоне от 18 до 1000
импульсов в секунду. Необходимо выбрать такую частоту, которая не
является делителем резонансной частоты и не может быть получена
из нее при помощи умножения на целое число. Например если при ра-
боте таймера с частотой 100 импульсов в секунду Вы наблюдаете яв-
ление резонанса, то можно попробовать изменить частоту его работы
на 70 или 130 импульсов в секунду. (В том случае, когда у Вас
возникает подозрение о наличии явления резонанса, попробуйте за-
дать различные частоты работы таймера, не являющиеся целочислен-
ными произведениями друг друга, и сравнить получающуюся при этом
статистику. Если Ваши подозрения справедливы, то наборы данных
для различных частот должны значительно отличаться друг от дру-
га).
Чем выше частота работы таймера, тем точнее временные дан-
ные, получаемые системой Turbo Profiler.
Получите ли Вы очень точные временные данные если зададите
частоту работы таймера равной 1000 импульсов в секунду? Совсем
необязательно. Но чем выше частота с которой таймер профилировщи-
ка генерирует импульсы, тем медленнее работает Ваша программа
(так как системе Turbo Profiler приходится выполнять соответству-
ющие действия по учету данных для каждого импульса таймера).
Поэтому в случае, когда Вы хотите получить временные данные
с точностью, большей чем та, которая соответствует частоте работы
таймера задаваемой по умолчанию (она равна 100 импульсам в секун-
ду), необходимо увеличивать эту частоту до тех пор пока не будет
достигнуто неприемлемое замедление работы программы.
Примечание: Изменение скорости работы часов возможно в
режиме пассивного профилирования, в активном же режиме
этого сделать нельзя.
Некоторые замечания о получении профилей программ, использу-
ющих оверлеи.
Использование оверлеев позволяет большим программам работать
на маленьких участках оперативной памяти за счет того, что в па-
мяти находятся только исполняющиеся в данный момент участки этих
программ, которые подгружаются туда с диска по мере необходимо-
сти. В этом случае разные модули программы по очереди располага-
ются на одних и тех же адресах оперативной памяти, что сокращает
потребности программы в ее количестве.
К сожалению, необходимость периодически подгружать части
программы с диска в оперативную память и выгружать их обратно на
диск влечет за собой замедление работы программы вследствие вы-
полнения операций по доступу к диску. Так как даже высокоскорост-
ные дисководы являются самыми медленными запоминающими устройст-
вами у большинства персональных компьютеров, несовершенное управ-
ление оверлеями может катастрофически понизить скорость работы
программы. Ситуация ухудшается еще и тем, что код администратора
оверлеев в скомпилированной программе как правило недоступен для
изучения. Turbo Profiler вскрывает механизм управления оверлеями
и это позволяет Вам регулировать их использование Вашей програм-
мой.
Для того, чтобы оптимизировать работу с оверлеямии, необхо-
димо, во-первых, правильно выбрать размер оверлейного буфера, во-
вторых, выбрать алгоритмы работы с оверлеями, находящимися в этом
буфере и, в-третьих установить соответствующие параметры таким
образом, чтобы наиболее часто используемые оверлейные модули на-
ходились в оперативной памяти как можно дольше. Вы можете избе-
жать снижения эффективности работы с оверлеями, возникающего
вследствие чрезмерного количества запросов на их подкачку, по-
средством более длительного хранения в оперативной памяти наибо-
лее часто используемых оверлеев.
В окне профилировщика Overlay (Оверлей) отображаются следую-
щие статистические данные:
* количество загрузок с диска каждого из оверлеев;
* упорядоченная по времени последовательность в которой Ваша
программа загружала оверлей.
Информация о количестве загрузок и времени выполнения позво-
ляет сделать вывод о том, какие из оверлеев должны находиться в
оперативной памяти в течение более длительного времени. Сравнивая
эти статистические данные с профилем программы, не использующей
оверлеи можно решить какие из модулей Вашей программы разумно
оформить в качестве оверлеев, а какие не следует так оформлять.
Имея историю загрузки оверлеев Вы можете выбрать оптимальные
алгоритмы для управления буфером оверлеев. Изучив список оверлеев
и посмотрев в какие моменты выполнения программы и как часто за-
гружался каждый из них, Вы можете сделать заключение о том, каким
из модулей Вашей программы лучше работать в качестве оверлеев, а
каким наоборот необходимо стать частью основной программы.
Интерпретация и использование результатов профилирования.
Итак, Вы решили какие статистические данные Вам необходимо
собирать в процессе профилирования, в соответствии с этим произ-
вели настройку своей программы, и выполнили ее столько раз,
сколько необходимо для получения статистически значимого (или да-
же исчерпывающе полного) набора данных. Что же Вам делать теперь?
С этого момента начинается самая интересная часть Вашей ра-
боты. Сначала Вы должны проанализировать полученные Вами данные,
для того, чтобы понять их истинное значение, а затем, на основа-
нии этого анализа, внести изменения в текст своей программы с
целью повышения скорости ее работы.
Как анализировать данные профилирования.
Окна системы Turbo Profiler, используемые Вами для изучения
полученной статистики, делятся на два вида: окна исходного текста
программы и окна отчета о профилировании.
К окнам исходного текста относятся следующие окна системы
Turbo Profiler: Module (Модуль), Areas ("Области"), Routines
(Подпрограммы) и Disassembly (CPU) (Дисассемблер (ЦПУ)). Перед
тем как начать получение профиля Вы в основном пользуетесь окнами
исходного текста для того, чтобы пометить "области" и задать дей-
ствия профилировщика по сбору статистических данных для каждой из
этих "областей".
После того, как Вы ознакомитесь со статистикой, находящейся
в одном или нескольких окнах отчета, Вы опять возвращаетесь к ок-
нам исходного текста для того, чтобы проанализировать текст Вашей
программы.
Окна отчета системы Turbo Profiler это следующие окна:
Execution Profile (Профиль выполнения), Callers (Вызывающие под-
программы), Overlays (Оверлеи), Interrupts (Прерывания) и Files
(Файлы). Окна отчета служат для отображения статистических дан-
ных, полученных в ходе сеанса профилирования, а также позволяют
проанализировать полученные данные и решить какие участки про-
граммы необходимо изменить для того, чтобы повысить скорость ее
работы.
Окно Execution Profile (Профиль выполнения).
В процессе совершенствования Вашей программы основное внима-
ние Вы будете уделять информации, находящейся в данном окне. Как
правило сначала у Вас возникает желание изучить те строки про-
граммы, на выполнение которых тратится большая часть времени ее
работы. На следующем этапе Вы выясняете какие из операторов (или
подпрограмм) характеризуются большим значением отношения общего
времени работы к числу выполнений. И, наконец, имеет смысл внима-
тельно рассмотреть подпрограммы с большим средним временем выпол-
нения.
Окно Callers (Вызывающие подпрограммы).
Если Вы решили оптимизировать работу какой-либо подпрограм-
мы, то Вы можете с помощью информации, находящейся в окне Callers
(Вызывающие подпрограммы), обнаружить все участки Вашей программы
из которых производится вызов рассматриваемой подпрограммы. В ок-
не Callers (Вызывающие подпрограммы) отображаются данные о том,
сколько раз и из каких именно участков программы вызывалась рас-
сматриваемая подпрограмма.
Окно Overlays (Оверлеи).
Информация, отображаемая в окне Overlays (Оверлеи), позволя-
ет Вам обнаружить чрезмерно частые обращения к оверлеям, для того
чтобы исключить такие ситуации при помощи включения этих овер-
лейных модулей в текст основной программы.
Окно Interrupts (Прерывания).
В окне Interrupts (Прерывания) перечислены все случаи обра-
щения Вашей программы к избранным Вами прерываниям. Эта информа-
ция может подсказать Вам необходимость объединения вывода на эк-
ран, производящегося в нескольких строках Вашей программы. А в
случае программ, интенсивно обменивающихся данными с дисковыми
файлами, Вы, на основании информации, расположенной в данном ок-
не, можете прийти к выводу о целесообразности буферизации этого
обмена.
Окно Files (Файлы).
В данном окне содержится информация о всех операциях чтения
из файла и записи в файл, выполняемых Вашей программой. В случае
приложений, требующих большого числа обращений к файлам, данные,
фигурирующие в этом окне показывают на работу с какими из файлов
следует обратить особое внимание.
Как отфильтровать полученные данные.
Команды локального меню окна отчета Execution Profile (Проф-
иль выполнения) позволяют устанавливать временные и постоянные
фильтры, регулирующие выдачу на экран статистических данных. Ниже
приводится таблица, в которой содержатся команды, используемые
для фильтрации статистических данных:
Таблица 3.2 Команды локального меню для фильтрации собранных ста-
тистических данных.
Окно Команда локального Действие команды.
меню
Execution Filter (Фильтр) Временно удаляет с экрана
Profile статистику, относящуюся к те-
(Профиль кущей "области", или же вызы-
выполне- вает изображение статистики,
ния) относящейся только к текущему
модулю, или восстанавливает в
окне все полученные статисти-
ческие данные. (Меню, появля-
ющееся в результате выбора
команды Filter (Фильтр),
включает в себя следующие ва-
рианты: Current (Текущая),
Module (Модуль) и All (Вся)).
Remove (Удалить) Убирает из полученного набора
статистических данных, без
возможности последующего вос-
становления, те из них, кото-
рые относятся к текущей "об-
ласти". Пользоваться этой ко-
мандой надо очень осторожно.
Files Collection (Сбор ста- В отключенном состоянии бло-
(Файлы) тистики) (верхняя па- кирует сбор статистической
нель) информации о файлах.
Detail (Уровень дета- В отключенном состоянии при-
лизации) (верхняя па- водит к учету только операций
нель) по открытию и закрытию фай-
лов, во включенном состоянии
добавляется учет операций
чтения и записи.
Display ...(Изображе- Отображает каждое из учитыва-
ние) емых действий либо в качестве
элемента гистограммы, либо в
текстовом виде, показывающем
точное время начала и продол-
жительность данного действия.
Interrupts Remove (Удалить) Убирает выбранное в данный
(Прерыва- (верхняя панель) момент прерывание с верхней
ния) панели.
Изображает данные об обраще-
Display (Изображение) ниях к прерываниям либо в ви-
(нижняя панель) де гистограмм в которых сум-
мируются обращения к прерыва-
ниям и время, затрачиваемое
на эти обращения либо в каче-
стве подробного перечня всех
обращений к прерываниям
Overlays Display (Изображение) Изображает данные, полученные
(Оверлеи) для каждого из оверлеев либо
в виде (1) Count (Подсчет), в
котором фигурируют общее ко-
личество занимаемой памяти и
количество обращений к данно-
му оверлею, либо в виде (2)
History (История) в котором
перечислены все случаи за-
грузки оверлеев, сопровождае-
мые подробной информацией.
Когда Вы выбираете Remove (Удалить) в локальном меню окна
Execution Profile (Профиль выполнения), для того, чтобы насовсем
убрать статистические данные какой либо "области" профилировщик
выполняет следующие действия:
* корректирует отчет о профилировании, убирая из рассмотрения
время, затраченное в данной области;
* корректирует процентное выражение времени выполнения остав-
шихся "областей", путем подсчета того, сколько процентов оно
составляет от скорректированного общего времени выполнения
программы:
<скорректированное общее время>=<общее время>-<время
выполнения удаленной области>;
* снимает пометку этой "области" в окне Module (Модуль);
* удаляет данную "область" из списка "областей", находящегося
в окне Areas ("Области").
Пересмотрите Вашу программу.
Приведем общую схему поиска подпрограмм, в которых простые
изменения, внесенные в управляющие конструкции, могут привести к
улучшению рабочих характеристик программы:
1. Попытайтесь обнаружить крупные подпрограммы, имеющие несо-
размерное время выполнения, или подпрограммы, вызывающиеся
большое количество раз. Начав с самого верхнего уровня Вашей
программы, проследите передачу управления на все последующие
уровни, пытаясь найти участки программы в которых можно
улучшить ее работу за счет удаления из текста излишних вызо-
вов подпрограмм и ненужных операций.
2. Попытайтесь выявить операторы и подпрограммы для которых ве-
лико значение отношения общего времени их выполнения к коли-
честву выполнений этих операторов и подпрограмм. Установите
значение Both (Оба) или Рer Call (На один вызов) параметра
Display (Изображение), находящегося в локальном меню окна
Execution Profile (Профиль выполнения). Затем посмотрите для
каких областей строка гистограммы, отражающая время работы,
велика, а строка, соответствующая числу вызовов мала. Обычно
такими свойствами обладают неэффективно работающие операторы
и подпрограммы. Перепишите их таким образом, чтобы тот же
самый результат достигался с меньшими затратами.
3. И, в качестве последнего средства, мы можем предложить Вам
заняться оптимизацией циклов, находящихся на самых нижних
уровнях иерархии Вашей программы. При этом можно воспользо-
ваться следующими приемами:
* разворачивание циклов;
* помещение в сверхоперативную память временных результа-
тов, вычисляемых на каждой итерации;
* вынос вычислений, для которых это возможно, за пределы
циклов;
* кодирование циклов на языке ассемблера.
Как правило при внесении изменений в управляющие конструк-
ции, алгоритмы и структуры данных достигается больший эффект чем
при модификации внутренних циклов.
Кроме трех вышеперечисленных процедур при повышении быстро-
действия Ваших программ можно производить следующие действия:
* Модифицировать структуры данных и алгоритмы;
* Заранее вычислять и хранить в памяти некоторые результаты;
* Помещать в оперативную память часто используемые данные;
* Вычислять значения, только в тех случаях, когда это непос-
редственно необходимо;
* Оптимизировать циклы, процедуры и выражения.
Модификация структур данных.
Используйте более изощренные алгоритмы и структуры данных. В
общем случае на случайно распределенных значениях алгоритм внут-
ренней сортировки работает быстрее чем алгоритм, реализующий ме-
тод пузырька. С другими примерами вы можете ознакомиться просмот-
рев соответствующую литературу по структурам данных и алгоритмам.
Для того чтобы вычисления производились более быстро необхо-
димо, по возможности, использовать целые числа вместо веществен-
ных, например в случае работы с окнами и строками в подпрограммах
экранного ввода/вывода и графических подпрограммах. Используйте
числа типа long integer во всех случаях, не требующих точности
вещественных чисел.
Вместо того, чтобы сортировать массив, состоящий из строк
текста, используйте массив указателей на строки текста. Весь до-
ступ к тексту осуществляйте при помощи этих указателей. Для того,
чтобы произвести сортировку строк или вставить какую-либо строку
необходимо только лишь переупорядочить указатели, не затрагивая
при этом самого текста.
Используйте заранее вычисленные данные.
Заранее постройте таблицу значений функции синус, а затем
просто пользуйтесь готовыми значениями, доставая их из таблицы по
индексу.
Производите буферизацию доступа к часто используемым данным.
При чтении символов из файла на низком уровне в С происходит
буферизация этого процесса. Функция getc считывает с диска в бу-
фер целый сектор, но в качестве своего значения возвращает только
лишь первый символ из этого буфера. Следующий вызов функции getc
возвращает следующий из символов, находящихся в буфере, и это
происходит до тех пор пока буфер не будет исчерпан. Когда же это
произойдет, getc считывает с диска следующий сектор. Паскалевская
подпрограмма Read работает аналогичным образом.
В системе Turbo Pascal имеется также подпрограмма
SetTextBuff, позволяющая сократить количество обращений к диску.
С помощью этой подпрограммы Вы можете создать в памяти текстовый
буфер большого размера, позволяющий сократить количество обраще-
ний к диску необходимых для подкачки текста.
В интерактивном редакторе или в программе работы с дампами
файлов, Вы можете завести несколько буферов и обновлять их содер-
жимое во время ожидания пользовательского ввода. Также Вы должны
иметь два буфера в одном из которых содержится начало файла с ко-
торым происходит работа, а в другом его конец, причем данные на-
ходящиеся в каждом из этих буферов должны занимать весь экран.
Еще в двух буферах должны храниться данные, расположенные в рас-
сматриваемом файле перед данными, находящимися на экране в данный
момент, а также те данные, которые следуют за ними, причем содер-
жимое этих буферов должно также заполнять по целому экрану. В ре-
зультате всего вышеперечисленного, при выполнении наиболее часто
используемых команд перемещения по файлу обновление экрана будет
происходить без обращения к диску.
Организуйте вычисления рациональным образом.
Упорядочивайте условные выражения и операторы выбора таким
образом, чтобы первыми вычислялись те условия, которые с большей
вероятностью могут дать положительный результат.
В случае справочных таблиц большого размера, вычисляйте эле-
менты этих таблиц только в случае потребности в них, и используй-
те дополнительный массив для хранения уже вычисленных значений.
Длину строки необходимо вычислять только в случае, когда
требуется произвести переформатирование, а отнюдь не при каждом
чтении новой строки из файла.
Оптимизируйте имеющийся текст программы.
Циклы, процедуры и выражения всегда являются потенциально
улучшаемыми.
Циклы.
* При каждой возможности выносите вычисления за пределы цик-
лов. Повторяющиеся вычисления одного и того же значения не
являются необходимыми и, к тому же, отнимают время;
* Запоминайте результаты вычислений, требующих большого коли-
чества времени (при помощи команды Statistics|Save (Стати-
стика|Сохранить);
Например, в случае работы с массивами подпрограмме использу-
ющей алгоритм типа "вставки", не приходится пытаться поме-
нять местами попарно все элементы. Если Вы запомните значе-
ние первого элемента, внутренний цикл располагает каждый по-
следующий элемент слева от него в случае, когда этот элемент
меньше исходного, в противном же случае запомненный элемент
помещается в текущую позицию. Эта процедура заменяет дорого-
стоящие операции попарной перестановки элементов массива на
алгоритм традиционного типа, использующий вставку.
* Если в двух циклах выполняются одни и те же операции над
одинаковыми данными, то следует объединить эти циклы в один;
* По возможности заменяйте несколько выражений проверяющих ус-
ловие окончания цикла на одно.
Например можно добавить дополнительный элемент в конец мас-
сива и присвоить ему некоторое специальное значение, которое
вызовет завершение цикла. (Именно таким образом в С обраба-
тываются текстовые строки).
* Разворачивайте циклы.
Например, выражение вида:
for (x = 0; x < 4; x++)
y += items[x];
можно заменить на следующее выражение:
y += items[0];
y += items[1];
y += items[2];
y += items[3];
Подпрограммы.
* Оформите наиболее часто вызываемые подпрограммы как подстав-
ляемые, или замените их определения подставляемыми макрооп-
ределениями.
* Используйте сопрограммы для реализации многопроходных алго-
ритмов обработки больших файлов. (Посмотрите на функции С
setjmp и longjmp). (В Паскале ознакомтесь с процедурными ти-
пами (procedural types), которые позволяют Вам обращаться с
подпрограммами и функциями как с переменными с целью выпол-
нения сопрограмм).
* Перепишите рекурсивные подпрограммы таким образом, чтобы они
пользовались стеком данных, управление которым происходит
явным образом.
Выражения.
* Используйте инициализацию переменных, происходящую на этапе
компиляции.
* При одном вызове функции возвращайте несколько результатов.
Например, можно написать подпрограммы одновременно возвраща-
ющие синус и косинус, частное и остаток, или пару координат
экрана х-у.
* Заменяйте доступ по индексу массива доступом при помощи опе-
рации разыменования указателя.
Резюме.
В данной главе мы описали большую часть из тех вещей, кото-
рые необходимо иметь в виду перед началом, во время и после за-
вершения сеанса профилирования. Мы объяснили каким образом Вам
следует подготовить вашу программу и самого себя к сеансу профи-
лирования; мы дали Вам ряд советов и предостережений, относящихся
к самому процессу профилирования; так же мы изложили некоторые
соображения относительно применения результатов профилирования. В
следующей главе мы опишем все меню и блоки диалога среды системы
Turbo Profiler.
|