[发明专利]一种程序数据与代码局部性的量化方法

摘要

本发明公开了一种程序数据与代码局部性的量化方法，其过程为：剖析目标程序获取指令访问数据信息、指令与数据的组织信息及热度信息；将上述信息映射到空间几何坐标系中；在空间几何坐标系中建模立方体；将热度信息投射为立方体密度；当给定局部开始与结束位置时，构建局部空间长方体；使用局部空间长方体进行局部性程度计算；在局部性程度计算时建模并使用了立方体体积、密度及质量属性；当指令具有跳转出局部长方体的指令时，将长方体分割为子长方体进行计算。本发明可以从程序特征角度来对程序局部性进行定量。

主权项

一种程序数据与代码局部性的量化方法，其特征在于包括以下步骤：a）使用剖析工具对程序的指令特征及数据特征进行剖析；b）获取剖析结果：指令访问数据信息、指令及数据的组织信息、运行时热度信息；c）将步骤b）中获取的结果用作原始程序特征信息来进行后续计算；d）使用右手坐标系建立空间坐标系OXYZ；e）在步骤d）中建立的空间坐标系OXYZ基础上，进一步构造可视化程序特征空间坐标图，使用步骤c）中获取的基础信息向步骤d）中所建立的空间坐标系映射，具体包括：ⅰ）将数据项映射为X轴即数据维度，将指令项映射为Y轴即指令维度，将热度项映射为Z轴即热度维度；ⅱ）将指令及数据的组织信息映射为轴内的摆放方式；ⅲ）将指令使用数据映射为空间坐标中的单位立方体；单位立方体体积V为1，赋予密度属性ρ并置初始值为1，得其初始质量M = ρV = 1；f）在建立的空间坐标系中放置立方体，具体包括：ⅰ）从原点开始，X轴、Y轴和Z轴分别向其正方向依次使用单位为1的立方空间；ⅱ）当Y轴指令项第一次访问X轴数据项，在XY相应立方空间坐标处放置立方体，当Y轴指令项再次访问X轴数据项时，在XY相应立方空间坐标处向上叠加单位立方体；g）将步骤e）中的热度维度（Z轴）投射为立方体密度，具体包括：ⅰ）定义Zmax为存在立方体的空间坐标的Z分量的最大值；ⅱ）使用Z=Zmax处的XY平面向Z轴负方向挤压，停止于Z=1处的XY平面；ⅲ）将各XY坐标处存在的立方体密度ρ设为其投射之前立方柱高度；使用投射后的程序空间坐标图计算局部性程度，具体包括：ⅰ）定义Xmax为存在立方体的空间坐标的X分量的最大值，Ymax为存在立方体的空间坐标的Y分量的最大值；ⅱ）定义局部性程度计算的输入为[Ys，Ye]；Ys为目标局部的Y轴坐标的开始处，Ye为目标局部的Y轴坐标结束处，0 <= Ys < Ye <= Ymax；ⅲ）计算[Xs,Xe]：使用X = 0处的YZ平面向X轴正向移动，当其受到[Ys,Ye]范围的立方体表面阻止时停止，令Xs等于停止位置处的X坐标；使用X = Xmax处的YZ平面向X轴负向移动，当其受到[Ys,Ye]范围内的立方体表面阻止时停止，令Xe等于停止位置处的X坐标；ⅳ）当前程序空间坐标图中的平面X‑ Xs = 0，X–Xe = 0，Y–Ys = 0， Y–Ye = 0， Z = 0，Z–1 = 0确定了目标局部的长方体表示；j）设局部性程度为L(Ys,Ye)，使用步骤h）中ⅳ）确定的目标局部的长方体表示及其相关属性包括密度、边沿，计算目标局部的局部性程度，具体包括：ⅰ）当局部内部无跳转跳出长方体范围时，有L(Ys,Ye) = M(Xs,Xe,Ys,Ye,0,1)/V(Xs,Xe,Ys,Ye,0,1)= (∑(ρXiYj * V(Xi,Xi+1,Yj,Yj+1,0,1))) /((Xe‑Xs) * (Ye‑Ys)) 其中，M(Xs,Xe,Ys,Ye,0,1)指长方体的质量，V(Xs,Xe,Ys,Ye,0,1)为长方体的体积，ρXiYi为平面X–Xi = 0，X–(Xi + 1) = 0，Y–Yj = 0，Y–(Yj + 1) = 0，Z = 0，Z–1 = 0所围的立方体的投射密度，Xi和Yi均为整数且Xi∈[X1,X2‑1]、Yj∈[Y1,Y2‑1]；ⅱ）当局部内部有跳转跳出立方体范围时，使用跳转位置的XZ平面切分当前长方体；设当前长方体被切分成的子长方体数为n，切分位置Y分量坐标分别为（Y1,Y2,Y3…Yn‑1），其跳转方向对应为（D1,D2,…Dn‑1），对任意的Di(1<=i<=n‑1)有Di = Ys或Di = Ye；Di = Ys表示跳转方向为Y轴负向，Di = Ye表示跳转方向为Y轴正向；对每一个子长方体，分别计算其局部性程度：L(Ys,Y1) = M(Xs,Xe,Ys,Y1,0,1)/(V(Xs,Xe,Ys,Y1,0,1) + V(X1,X2,Y1,D1,0,1))L(Y1,Y2) = M(Xs,Xe,Y1,Y2,0,1)/(V(Xs,Xe,Y1,Y2,0,1) + V(X1,X2,Y1,D2,0,1))…L(Yn‑1,Ye) = M(Xs,Xe,Yn‑1,Ye,0,1)/(V(Xs,Xe,Yn‑1,Ye) + V(X1,X2,Yn‑1,Ye,0,1))使用上述计算的局部性程度结果作为子长方体修正密度，用此修正密度计算子长方体的质量：M(Ys,Y1) = L(Ys,Y1) * V(Xs,Xe,Ys,Y1,0,1)M(Y1,Y2) = L(Y1,Y2) * V(Xs,Xe,Y1,Y2,0,1)…M(Yn‑2,Yn‑1) = L(Yn‑2,Yn‑1) * V(Xs,Xe,Yn‑2,Yn‑1,0,1)M(Yn‑1,Ye) = L(Yn‑1,Ye) * V(Xs,Xe,Yn‑1,Ye,0,1)使用上述计算结果再次计算局部性程度：L(Ys,Ye) = (M(Ys,Y1) + M (Y1,Y2) … + M(Yn‑1,Ye))/V(Xs,Xe,Ys,Ye,0,1)；其中：所述剖析工具为编译器及运行时统计分析工具。