快速通用的编译器优化选项组合方法

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1、-------上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：张鹏日期：2006年10月31日-----------上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本

2、人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：张鹏指导教师签名：陈英日期：2006年10月31日日期：2006年10月31日-----------上海交通大学工程硕士研究生学位论文第一章绪论1.1引言随着计算机应用范围的不断扩大，人们对计算机系统的性能提出了越来越高的要求。从1964年美国ControlDataCorporation公司推出的CDC6600，到NEC公司的“地球模

3、拟器”,40年间，计算机系统的运算速度以平均每10年提高3个数量级的速度飞快增长。在此过程中，计算机系统硬件部件的改进和软件的优化都为性能提升作出了重要贡献。而后者由于具有成本低，潜力大等优点，近年来日益得到学术界和工业界的重视，并且越来越多的被应用到软件产品当中。如著名软件厂商IDSoftware在不替换任何硬件部件的前提下，仅仅通过优化软件,就成功的将产品《Quake4》的性能提升了87%之多。软件优化可以在三个层面上进行，包括调整系统的参数配置，修改程序的算法和数据结构，以及优化程序的目标代码[1]。因而软件优化其实是为数众多的优化算法的统称。由于高级语

4、言的广泛普及，多数软件优化是由编译器在用户的指导下完成的，即用户选择编译器优化选项来指定需应用的优化算法，而编译器根据用户的选择自动执行这些算法[2]。现代编译器所提供的优化选项数目众多,如GCC3.x就提供了超过60个编译选项[3]。对软件产品而言，将这些选项合理的组合在一起对其性能提升有着不可忽视的作用，因为不同的优化选项组合所生成的应用程序的性能会大不相同，其原因有二：一是每种优化方法有其特定的适用场合，随着目标平台，程序行为，数据分布和代码分布的不同，对程序整体性能的影响会不尽相同。二是优化方法间存在相互影响,一种方法的应用可能会促进或抑制另一种方法的

5、效果。然而，不幸的是，编译器优化选项的选择并不是一个简单直观的过程，因此，研究一种实用的编译器优化选项的选择方法，具有重大应用价值。近年国外对这一领域有一定的研究，但其研究有两点局限性：一是常常只针对某一特定的软硬件平台，研究成果的通用性较差，二是往往需要修改编译器本身，这使得使用不开源编译器的用户无法将这些研究成果应用到实际工程中去。1-----------上海交通大学工程硕士研究生学位论文由于上述情况的限制，在工程实践中,编译器选项的选择往往带有盲目性和经验主义色彩，严重影响了软件产品的质量和生产效率。本课题将致力于提出一种快速、通用的编译器优化选项自动选

6、择方法。研究主要涉及计算机体系结构和编译技术。1.1计算机硬件的发展和现状迄今为止，数字电子计算机的发展已经历了五代。在硬件方面，第一代使用真空管和继电管存储器。第二代则以使用离散晶体管和磁心存储器而著称。第三代开始使用小规模集成电路（SSI）。第四代开始使用超大规模集成电路（VLSI）。第五代使用极大规模集成电路（ULSI）[4]．计算机的主要硬件部件包括中央处理器、主存储器、I/O部件和系统互联部件。其中中央处理器（ＣＰＵ）负责控制计算机的操作并完成数据处理。主存储器存储数据和指令，Ｉ／Ｏ在计算机及其外部环境之间传输数据．而系统互联为ＣＰＵ，主存储器和Ｉ／

7、Ｏ之间提供某些通信机制。在这些部件中，中央处理器的发展最快。１９６５年，Intel的合伙创办人之一高登．摩尔（GordonMooer）提出了著名的摩尔定律，该定律指出IC上可容纳的电晶体数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍[5]。在此驱动下，中央处理器在制造工艺、工作频率、封装形式及微体系统设计等方面都飞速发展。当处理器的性能以惊人的速度向前发展的时候，计算机的其他关键部件并没有跟上。处理器和主存储器性能的不平衡问题是这些问题中最重要的。当处理速度和存储器容量快速增长时，主存储器和处理器之间的数据传输率却严重滞后。处理器和主存储器间的接口是整个计

8、算机中的关键通路，因为它负责在存储器芯