Optimizing Compilers for Modern Architectures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026
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具体描述
Modern computer architectures designed with high-performance microprocessors offer tremendous potential gains in performance over previous designs. Yet their very complexity makes it increasingly difficult to produce efficient code and to realize their full potential. This landmark text from two leaders in the field focuses on the pivotal role that compilers can play in addressing this critical issue.
The basis for all the methods presented in this book is data dependence, a fundamental compiler analysis tool for optimizing programs on high-performance microprocessors and parallel architectures. It enables compiler designers to write compilers that automatically transform simple, sequential programs into forms that can exploit special features of these modern architectures.
The text provides a broad introduction to data dependence, to the many transformation strategies it supports, and to its applications to important optimization problems such as parallelization, compiler memory hierarchy management, and instruction scheduling. The authors demonstrate the importance and wide applicability of dependence-based compiler optimizations and give the compiler writer the basics needed to understand and implement them. They also offer cookbook explanations for transforming applications by hand to computational scientists and engineers who are driven to obtain the best possible performance of their complex applications.
The approaches presented are based on research conducted over the past two decades, emphasizing the strategies implemented in research prototypes at Rice University and in several associated commercial systems. Randy Allen and Ken Kennedy have provided an indispensable resource for researchers, practicing professionals, and graduate students engaged in designing and optimizing compilers for modern computer architectures.
* Offers a guide to the simple, practical algorithms and approaches that are most effective in real-world, high-performance microprocessor and parallel systems.
* Demonstrates each transformation in worked examples.
* Examines how two case study compilers implement the theories and practices described in each chapter.
* Presents the most complete treatment of memory hierarchy issues of any compiler text.
* Illustrates ordering relationships with dependence graphs throughout the book.
* Applies the techniques to a variety of languages, including Fortran 77, C, hardware definition languages, Fortran 90, and High Performance Fortran.
* Provides extensive references to the most sophisticated algorithms known in research.
作者简介
目录信息
Chapter 1 - Compiler Challenges for High-Performance Architectures
Chapter 2 - Dependence: Theory and Practice
Chapter 3 - Dependence Testing
Chapter 4 - Preliminary Transformations
Chapter 5 - Enhancing Fine-Grained Parallelism
Chapter 6 - Creating Coarse-Grained Parallelism
Chapter 7 - Handling Control Flow
Chapter 8 - Improving Register Usage
Chapter 9 - Managing Cache
Chapter 10 - Scheduling
Chapter 11 - Interprocedural Analysis and Optimization
Chapter 12 - Dependence in C and Hardware Design
Chapter 13 - Compiling Array Assignments
Chapter 14 - Compiling High Performance Fortran
Appendix - Fundamentals of Fortran 90
References
Index
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读后感
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用户评价
这本书的叙事风格非常独特，它仿佛在进行一场与顶尖工程师的深度对话，而不是枯燥的教材宣讲。我发现它在讲述过程中非常注重历史的延续性，追溯了诸如GCC和LLVM等主流编译器的关键设计决策是如何在特定历史背景下形成的。这种“为什么是这样”的追问，远比“它是什么”更有启发性。例如，在讨论向量化时，它不仅展示了自动向量化的挑战，还详细分析了特定领域（如信号处理或机器学习推理）如何通过手动插入的矢量指令（如AVX-512的掩码操作）来突破自动化的局限。这种自上而下的案例分析，极大地提高了阅读的代入感。它让我们明白，优化不是凭空产生的魔法，而是特定时代硬件能力与算法表达能力相互博弈的结果。读完之后，你会觉得对现有编译器工具链的“黑盒”有了更透明的理解，从而能更有效地利用它们，或者……在需要时绕开它们。
评分这本新书的问世，对于我们这些常年与底层硬件打交道、追求极致性能的软件工程师来说，简直是久旱逢甘霖。我最近刚翻阅了前几章，它的切入点非常新颖，没有陷入那种纯理论的泥沼，而是直击现代处理器架构的痛点。比如，书中对异构计算单元——无论是GPU的SIMT引擎还是特定领域的加速器（如TPU或FPGA的定制逻辑）——的指令集设计哲学进行了深入剖析。作者并没有停留在“如何映射”的表面，而是探讨了编译器在面对不同并行模型时，如何进行指令选择和寄存器分配的策略权衡。尤其让我眼前一亮的是关于内存层次结构优化的讨论，它细致地阐述了如何通过高级分析技术，比如预取预测和缓存感知调度，来最小化跨核通信的延迟和伪共享问题。书中给出的案例，涉及了最新的x86-64指令集扩展和ARM的SVE特性，这些都是教科书上往往一带而过，但在实际高性能计算（HPC）应用中决定成败的关键要素。总的来说，它提供了一套严谨且实用的框架，帮助我们理解如何将抽象的算法转化为对特定硬件资源最高效的利用。
评分这本书的深度和广度令人印象深刻，尤其是对安全性和可验证性部分的关注。在当前软件系统对可靠性要求越来越高的背景下，编译器本身也必须是可靠的。书中探讨了如何利用形式化方法来验证关键优化阶段的正确性，这在学术界是一个前沿话题，但这本书将其融入到实际的编译流程讨论中，这一点非常具有前瞻性。它没有回避复杂性，而是直面了如“逃逸分析”（Escape Analysis）在并发环境下的不确定性，并提出了缓解策略。此外，关于“绿色计算”和能效优化的章节也令人耳目一新。它不仅仅关注最大吞吐量，更关注每瓦特的性能（Performance Per Watt），通过分析指令的功耗模型来指导编译器的决策。这表明作者的视野超越了传统的性能指标，开始关注可持续计算的未来。这本书无疑是为那些不满足于使用现有工具链，而是希望深入理解并改造它们的人所准备的重量级参考。
评分作为一名专注于编译器后端开发的研究人员，我最关心的莫过于代码生成阶段的质量了。这本书在这方面简直是宝库。它不仅涵盖了传统的SSA（静态单赋值）表示的构建和优化，更花费了大量篇幅讲解面向未来架构的中间表示（IR）的设计哲学。特别是关于MLIR（Multi-Level Intermediate Representation）生态系统的介绍，作者展示了如何利用这种灵活的框架来管理从高层领域特定语言（DSL）到低层机器代码的整个编译流程。书中对“目标无关代码生成”和“目标依赖代码生成”之间的权衡给出了非常清晰的路线图。我尤其喜欢它关于调试信息生成和代码剖析集成的讨论，这一点往往被优化书籍所忽略，但对于性能调优却是必不可少的环节。读完这部分，我感觉自己对现代编译器如何优雅地处理跨越多个抽象层次的转换过程，有了更深一层的认识，它绝非单一的、线性的过程，而是一个多阶段、迭代优化的复杂系统工程。
评分我抱着极大的期待打开这本书，主要想看看它在代码优化策略的演进方面有哪些突破性的见解。坦白说，很多关于经典优化（如循环展开、常量折叠）的论述已经相当成熟，但这本书的独特之处在于它对“语义保护”和“优化副作用”的探讨，这在涉及到复杂的依赖关系和非标准C++特性的代码时尤为重要。它深入分析了编译器前端在AST（抽象语法树）层面是如何表示并追踪数据流和控制流的，特别是当涉及到指针别名分析（Pointer Alias Analysis）时，那些微妙的边界条件处理得非常到位。我特别欣赏其中关于“激进优化”的章节，它不是简单地罗列技术，而是通过对比不同优化通过标准合规性测试集的失败案例，来论证工程实践中必须设置的“安全红线”。这使得读者不仅学到了“能做什么”，更重要的是理解了“不该做什么”以及背后的逻辑依据。这种严谨的态度，对于编写出既快又正确的代码至关重要。
评分非常好的书。Allen和Kennedy关于parallelization方面有非常深入的研究。顺应潮流的书，设计现代编译器必读。
评分dependence
评分dependence
评分非常好的书。Allen和Kennedy关于parallelization方面有非常深入的研究。顺应潮流的书，设计现代编译器必读。
评分dependence
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