nsz Git - libfirm/blob - ir/ana/execfreq.c

   1 /*
   2  * Project:     libFIRM
   3  * File name:   ir/ana/execfreq.c
   4  * Purpose:     Compute an estimate of basic block executions.
   5  * Author:      Adam M. Szalkowski
   6  * Modified by:
   7  * Created:     28.05.2006
   8  * CVS-ID:      $Id$
   9  * Copyright:   (c) 2006 Universität Karlsruhe
  10  * Licence:     This file protected by GPL -  GNU GENERAL PUBLIC LICENSE.
  11  */
  12
  13 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  14 #include "config.h"
  15 #endif
  16
  17 #undef USE_GSL
  18
  19 #include <stdio.h>
  20 #include <string.h>
  21 #include <limits.h>
  22 #include <math.h>
  23
  24 #ifdef USE_GSL
  25 #include <gsl/gsl_linalg.h>
  26 #include <gsl/gsl_vector.h>
  27 #else
  28 #include "gaussjordan.h"
  29 #endif
  30
  31 #include "execfreq.h"
  32
  33 #include "firm_common_t.h"
  34 #include "set.h"
  35 #include "hashptr.h"
  36
  37 #include "irprog_t.h"
  38 #include "irgraph_t.h"
  39 #include "irnode_t.h"
  40 #include "irloop.h"
  41 #include "irgwalk.h"
  42 #include "irouts.h"
  43 #include "irprintf.h"
  44 #include "irhooks.h"
  45
  46 #include "execfreq.h"
  47
  48 #define set_foreach(s,i) for((i)=set_first((s)); (i); (i)=set_next((s)))
  49
  50 #define MAX_INT_FREQ 1000000
  51
  52 typedef struct _freq_t {
  53         const ir_node    *irn;
  54         double            freq;
  55 } freq_t;
  56
  57
  58 typedef struct _walkerdata_t {
  59   set    *set;
  60   size_t  idx;
  61 } walkerdata_t;
  62
  63 struct _exec_freq_t {
  64         set *set;
  65         hook_entry_t hook;
  66         double max;
  67         double min_non_zero;
  68         double m, b;
  69         unsigned infeasible : 1;
  70 };
  71
  72 static int
  73 cmp_freq(const void *a, const void *b, size_t size)
  74 {
  75         const freq_t *p = a;
  76         const freq_t *q = b;
  77
  78         return !(p->irn == q->irn);
  79 }
  80
  81 static freq_t *
  82 set_find_freq(set * set, const ir_node * irn)
  83 {
  84         freq_t     query;
  85
  86         query.irn = irn;
  87         return set_find(set, &query, sizeof(query), HASH_PTR(irn));
  88 }
  89
  90 static freq_t *
  91 set_insert_freq(set * set, const ir_node * irn)
  92 {
  93         freq_t query;
  94
  95         query.irn = irn;
  96         query.freq = 0.0;
  97         return set_insert(set, &query, sizeof(query), HASH_PTR(irn));
  98 }
  99
 100 double
 101 get_block_execfreq(const exec_freq_t *ef, const ir_node * irn)
 102 {
 103         if(!ef->infeasible) {
 104                 set *freqs = ef->set;
 105                 freq_t *freq;
 106                 assert(is_Block(irn));
 107                 freq = set_find_freq(freqs, irn);
 108                 assert(freq);
 109
 110                 assert(freq->freq >= 0);
 111                 return freq->freq;
 112         }
 113
 114         return 1.0;
 115 }
 116
 117 unsigned long
 118 get_block_execfreq_ulong(const exec_freq_t *ef, const ir_node *bb)
 119 {
 120         double f       = get_block_execfreq(ef, bb);
 121         int res        = (int) (f > ef->min_non_zero ? ef->m * f + ef->b : 1.0);
 122
 123         // printf("%20.6f %10d\n", f, res);
 124         return res;
 125 }
 126
 127 #define ZERO(x)   (fabs(x) < 0.0001)
 128
 129 static void
 130 block_walker(ir_node * bb, void * data)
 131 {
 132   walkerdata_t  *wd = data;
 133
 134   set_insert_freq(wd->set, bb);
 135   set_irn_link(bb, (void*)wd->idx++);
 136 }
 137
 138 #ifdef USE_GSL
 139 static gsl_vector *
 140 solve_lgs(double * a_data, double * b_data, size_t size)
 141 {
 142   gsl_matrix_view m
 143     = gsl_matrix_view_array (a_data, size, size);
 144
 145   gsl_vector_view b
 146     = gsl_vector_view_array (b_data, size);
 147
 148   gsl_vector *x = gsl_vector_alloc (size);
 149
 150   int s;
 151
 152   gsl_permutation * p = gsl_permutation_alloc (size);
 153
 154   gsl_linalg_LU_decomp (&m.matrix, p, &s);
 155
 156   gsl_linalg_LU_solve (&m.matrix, p, &b.vector, x);
 157
 158   gsl_permutation_free (p);
 159
 160   return x;
 161 }
 162 #else
 163 static double *
 164 solve_lgs(double * A, double * b, size_t size)
 165 {
 166   if(firm_gaussjordansolve(A,b,size) == 0) {
 167     return b;
 168   } else {
 169     return NULL;
 170   }
 171 }
 172 #endif
 173
 174 static double
 175 get_cf_probability(ir_node *bb, int pos, double loop_weight)
 176 {
 177   double  sum = 0.0;
 178   double  cur = 0.0;
 179   int     i;
 180   ir_node *pred = get_Block_cfgpred_block(bb, pos);
 181
 182   cur = get_loop_depth(get_irn_loop(bb)) < get_loop_depth(get_irn_loop(pred)) ? 1.0 : loop_weight;
 183
 184   for(i = get_Block_n_cfg_outs(pred) - 1; i >= 0; --i) {
 185     ir_node *succ = get_Block_cfg_out(pred, i);
 186
 187     sum += get_loop_depth(get_irn_loop(succ)) < get_loop_depth(get_irn_loop(pred)) ? 1.0 : loop_weight;
 188   }
 189
 190   return cur/sum;
 191 }
 192
 193 static void exec_freq_node_info(void *ctx, FILE *f, const ir_node *irn)
 194 {
 195         if(is_Block(irn)) {
 196                 exec_freq_t *ef = ctx;
 197                 fprintf(f, "execution frequency: %g/%lu\n", get_block_execfreq(ef, irn), get_block_execfreq_ulong(ef, irn));
 198         }
 199 }
 200
 201 exec_freq_t *create_execfreq(ir_graph *irg)
 202 {
 203         exec_freq_t *execfreq = xmalloc(sizeof(execfreq[0]));
 204         memset(execfreq, 0, sizeof(execfreq[0]));
 205         execfreq->set = new_set(cmp_freq, 32);
 206
 207         memset(&execfreq->hook, 0, sizeof(execfreq->hook));
 208         execfreq->hook.context = execfreq;
 209         execfreq->hook.hook._hook_node_info = exec_freq_node_info;
 210         register_hook(hook_node_info, &execfreq->hook);
 211
 212         return execfreq;
 213 }
 214
 215 void set_execfreq(exec_freq_t *execfreq, const ir_node *block, double freq)
 216 {
 217         freq_t *f = set_insert_freq(execfreq->set, block);
 218         f->freq = freq;
 219 }
 220
 221 exec_freq_t *
 222 compute_execfreq(ir_graph * irg, double loop_weight)
 223 {
 224         size_t        size;
 225         double       *matrix;
 226         double       *rhs;
 227         int           i;
 228         freq_t       *freq;
 229         walkerdata_t  wd;
 230         exec_freq_t  *ef;
 231         set          *freqs;
 232 #ifdef USE_GSL
 233         gsl_vector   *x;
 234 #else
 235         double       *x;
 236 #endif
 237
 238         ef = xmalloc(sizeof(ef[0]));
 239         memset(ef, 0, sizeof(ef[0]));
 240         ef->min_non_zero = 1e50; /* initialize with a reasonable large number. */
 241         freqs = ef->set = new_set(cmp_freq, 32);
 242
 243         construct_cf_backedges(irg);
 244
 245         wd.idx = 0;
 246         wd.set = freqs;
 247
 248         irg_block_walk_graph(irg, block_walker, NULL, &wd);
 249
 250         size = set_count(freqs);
 251         matrix = xmalloc(size*size*sizeof(*matrix));
 252         memset(matrix, 0, size*size*sizeof(*matrix));
 253         rhs = xmalloc(size*sizeof(*rhs));
 254         memset(rhs, 0, size*sizeof(*rhs));
 255
 256         set_foreach(freqs, freq) {
 257                 ir_node *bb = (ir_node *)freq->irn;
 258                 size_t  idx = (int)get_irn_link(bb);
 259
 260                 matrix[idx * (size + 1)] = -1.0;
 261
 262                 if (bb == get_irg_start_block(irg)) {
 263                         rhs[(int)get_irn_link(bb)] = -1.0;
 264                         continue;
 265                 }
 266
 267                 for(i = get_Block_n_cfgpreds(bb) - 1; i >= 0; --i) {
 268                         ir_node *pred    = get_Block_cfgpred_block(bb, i);
 269                         size_t  pred_idx = (int)get_irn_link(pred);
 270
 271                         //      matrix[pred_idx + idx*size] += 1.0/(double)get_Block_n_cfg_outs(pred);
 272                         matrix[pred_idx + idx * size] += get_cf_probability(bb, i, loop_weight);
 273                 }
 274         }
 275
 276         x = solve_lgs(matrix, rhs, size);
 277         if(x == NULL) {
 278                 ef->infeasible = 1;
 279                 return ef;
 280         }
 281
 282         ef->max = 0.0;
 283
 284         set_foreach(freqs, freq) {
 285                 const ir_node *bb = freq->irn;
 286                 size_t        idx = PTR_TO_INT(get_irn_link(bb));
 287
 288 #ifdef USE_GSL
 289                 freq->freq = ZERO(gsl_vector_get(x, idx)) ? 0.0 : gsl_vector_get(x, idx);
 290 #else
 291                 freq->freq = ZERO(x[idx]) ? 0.0 : x[idx];
 292 #endif
 293
 294                 /* get the maximum exec freq */
 295                 ef->max = MAX(ef->max, freq->freq);
 296
 297                 /* Get the minimum non-zero execution frequency. */
 298                 if(freq->freq > 0.0)
 299                         ef->min_non_zero = MIN(ef->min_non_zero, freq->freq);
 300         }
 301
 302         /* compute m and b of the transformation used to convert the doubles into scaled ints */
 303         {
 304                 double smallest_diff = 1.0;
 305
 306                 double l2 = ef->min_non_zero;
 307                 double h2 = ef->max;
 308                 double l1 = 1.0;
 309                 double h1 = MAX_INT_FREQ;
 310
 311                 double *fs = malloc(set_count(freqs) * sizeof(fs[0]));
 312                 int i, j, n = 0;
 313
 314                 set_foreach(freqs, freq)
 315                         fs[n++] = freq->freq;
 316
 317                 /*
 318                  * find the smallest difference of the execution frequencies
 319                  * we try to ressolve it with 1 integer.
 320                  */
 321                 for(i = 0; i < n; ++i) {
 322                         if(fs[i] <= 0.0)
 323                                 continue;
 324
 325                         for(j = i + 1; j < n; ++j) {
 326                                 double diff = fabs(fs[i] - fs[j]);
 327
 328                                 if(!ZERO(diff))
 329                                         smallest_diff = MIN(diff, smallest_diff);
 330                         }
 331                 }
 332
 333                 /* according to that the slope of the translation function is 1.0 / smallest diff */
 334                 ef->m = 1.0 / smallest_diff;
 335
 336                 /* the abscissa is then given by */
 337                 ef->b = l1 - ef->m * l2;
 338
 339                 /*
 340                  * if the slope is so high that the largest integer would be larger than MAX_INT_FREQ
 341                  * set the largest int freq to that upper limit and recompute the translation function
 342                  */
 343                 if(ef->m * h2 + ef->b > MAX_INT_FREQ) {
 344                         ef->m = (h1 - l1) / (h2 - l2);
 345                         ef->b = l1 - ef->m * l2;
 346                 }
 347
 348                 // printf("smallest_diff: %g, l1: %f, h1: %f, l2: %f, h2: %f, m: %f, b: %f\n", smallest_diff, l1, h1, l2, h2, ef->m, ef->b);
 349                 free(fs);
 350         }
 351
 352 #ifdef USE_GSL
 353         gsl_vector_free(x);
 354 #endif
 355         free(matrix);
 356
 357         memset(&ef->hook, 0, sizeof(ef->hook));
 358         ef->hook.context = ef;
 359         ef->hook.hook._hook_node_info = exec_freq_node_info;
 360         register_hook(hook_node_info, &ef->hook);
 361
 362         return ef;
 363 }
 364
 365 void
 366 free_execfreq(exec_freq_t *ef)
 367 {
 368         del_set(ef->set);
 369         unregister_hook(hook_node_info, &ef->hook);
 370         free(ef);
 371 }
 372
 373 #undef ELEM