SZTUKA TWORZENIA WYDAJNEGO KODU

Sztuka tworzenia wydajnego kodu. Przewodnik po zaawansowanych technikach wykorzystywania sprzętu i kompilatorów

SPIS TREŚCI

O autorze

O recenzencie

Przedmowa

Część I. Fundamenty wydajności

Rozdział 1. Wydajność i współbieżność – wprowadzenie

• Dlaczego należy brać pod uwagę wydajność?
• Dlaczego wydajność ma znaczenie?
• Co rozumiemy przez wydajność?
  • Wydajność jako przepustowość
  • Wydajność jako pobór mocy
  • Wydajność w przypadku aplikacji czasu rzeczywistego
  • Wydajność w zależności od kontekstu
• Ocenianie, szacowanie i przewidywanie wydajności
• Poznawanie zagadnienia dużej wydajności
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 2. Pomiary wydajności

• Wymagania techniczne
• Przykład pomiaru wydajności
• Testy porównawcze wydajności
  • Liczniki czasu biblioteki chrono języka C++
  • Liczniki czasu o dużej dokładności
• Profilowanie wydajności
  • Narzędzie profilujące perf
  • Szczegółowe profilowanie przy użyciu narzędzia perf
  • Narzędzie profilujące pakietu Google Performance
  • Profilowanie z wykorzystaniem grafu wywołań
  • Optymalizacja i wstawianie
  • Profilowanie w praktyce
• Mikrotesty porównawcze
  • Podstawy mikrotestów porównawczych
  • Mikrotesty porównawcze i optymalizacje kompilatora
  • Google Benchmark
  • Mikrotesty porównawcze to kłamstwo
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 3. Architektura procesorów, zasoby i wydajność

• Wymagania techniczne
• Wydajność zaczyna się od procesora
• Badanie wydajności za pomocą mikrotestów porównawczych
  • Wizualizacja obliczeń równoległych na poziomie instrukcji
• Zależności od danych i potokowanie
• Potokowanie i rozgałęzienia
  • Przewidywanie rozgałęzień
  • Profilowanie pod kątem nieudanego przewidywania rozgałęzień
• Wykonywanie spekulatywne
• Optymalizacja złożonych warunków
• Wykonywanie obliczeń bez rozgałęzień
  • Odwijanie pętli
  • Operacja wyboru bez użycia rozgałęzień
  • Przykłady wykonywania obliczeń bez rozgałęzień
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 4. Architektura i wydajność pamięci

• Wymagania techniczne
• Wydajność zaczyna się od procesora, ale na nim się nie kończy
• Pomiar szybkości dostępu do pamięci
  • Architektura pamięci
  • Pomiar szybkości pamięci głównej i podręcznej
• Szybkość pamięci – wartości
  • Szybkość operacji losowego dostępu do pamięci
  • Szybkość operacji dostępu sekwencyjnego do pamięci
  • Optymalizacje wydajności pamięci na poziomie sprzętowym
• Optymalizowanie wydajności pamięci
  • Struktury danych efektywne z perspektywy pamięci
  • Profilowanie wydajności pamięci
  • Optymalizowanie algorytmów pod kątem wydajności pamięci
• „Duch” w komputerze
  • Czym jest Spectre?
  • Przykład użycia ataku Spectre
  • Atak Spectre w pełni akcji
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 5. Wątki, pamięć i współbieżność

• Wymagania techniczne
• Wątki i współbieżność
  • Czym jest wątek?
  • Wielowątkowość symetryczna
  • Wątki i pamięć
  • Programy ograniczane przez pamięć i współbieżność
• Koszt synchronizacji pamięci
• Dlaczego współużytkowanie danych jest tak kosztowne?
• Współbieżność i kolejność
  • Potrzeba zapewnienia kolejności
  • Uporządkowanie pamięci i związane z nią bariery
  • Uporządkowanie pamięci w języku C++
• Model pamięci
• Podsumowanie
• Pytania

Część II. Zaawansowana współbieżność

Rozdział 6. Wydajność i współbieżność

• Wymagania techniczne
• Co jest niezbędne do efektywnego korzystania ze współbieżności?
• Blokady, alternatywy i ich wydajność
  • Programy z blokadą, pozbawione blokady oraz bez oczekiwania
  • Różne blokady w przypadku odmiennych problemów
  • Jaka jest faktyczna różnica między programem z blokadą i programem pozbawionym blokady?
• Tworzenie bloków pod kątem programowania współbieżnego
  • Podstawy współbieżnych struktur danych
  • Liczniki i akumulatory
  • Protokół publikowania
  • Inteligentne wskaźniki używane w programowaniu współbieżnym
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 7. Struktury danych odpowiednie w przypadku współbieżności

• Wymagania techniczne
• Czym jest struktura danych bezpieczna wątkowo?
  • Najlepszy rodzaj bezpieczeństwa wątkowego
  • Rzeczywiste bezpieczeństwo wątkowe
• Stos bezpieczny wątkowo
  • Projektowanie interfejsu pod kątem bezpieczeństwa wątkowego
  • Wydajność struktur danych chronionych przez muteks
  • Wymagania dotyczące wydajności w przypadku różnych zastosowań
  • Szczegółowa analiza wydajności stosu
  • Oszacowania wydajności w przypadku schematów synchronizacji
  • Stos bez blokady
• Kolejka bezpieczna wątkowo
  • Kolejka pozbawiona blokady
  • Struktury danych spójne niesekwencyjnie
  • Zarządzanie pamięcią na potrzeby współbieżnych struktur danych
• Lista bezpieczna wątkowo
  • Lista pozbawiona blokady
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 8. Obsługa współbieżności w języku C++

• Wymagania techniczne
• Obsługa współbieżności w standardzie C++11
• Obsługa współbieżności w standardzie C++17
• Obsługa współbieżności w standardzie C++20
  • Podstawy dotyczące współprogramów
  • Składnia współprogramów w języku C++
  • Przykłady współprogramów
• Podsumowanie
• Pytania

Część III. Projektowanie i pisanie programów o dużej wydajności

Rozdział 9. Kod C++ o dużej wydajności

• Wymagania techniczne
• Czym jest efektywność języka programowania?
• Zbędne kopiowanie
  • Kopiowanie i przekazywanie argumentów
  • Kopiowanie jako technika implementacji
  • Kopiowanie w celu przechowywania danych
  • Kopiowanie wartości zwracanych
  • Zastosowanie wskaźników w celu uniknięcia kopiowania
  • Metoda unikania zbędnego kopiowania
• Nieefektywne zarządzanie pamięcią
  • Zbędne alokacje pamięci
  • Zarządzanie pamięcią w programach współbieżnych
  • Unikanie fragmentacji pamięci
• Optymalizacja wykonywania warunkowego
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 10. Optymalizacje kompilatora w kodzie C++

• Wymagania techniczne
• Kompilatory optymalizujące kod
  • Podstawy optymalizacji stosowanych przez kompilator
  • Wstawianie funkcji
  • Co tak naprawdę kompilator „wie”?
  • Przenoszenie informacji z fazy wykonywania do fazy kompilacji
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 11. Zachowanie niezdefiniowane i wydajność

• Wymagania techniczne
• Czym jest zachowanie niezdefiniowane?
• Dlaczego występuje zachowanie niezdefiniowane?
• Zachowanie niezdefiniowane i optymalizacja kodu C++
• Zastosowanie zachowania niezdefiniowanego do zapewnienia efektywnego projektu
• Podsumowanie
• Pytania

Rozdział 12. Projektowanie pod kątem wydajności

• Interakcja między projektem i wydajnością
• Projektowanie pod kątem wydajności
  • Zasada minimalnej ilości informacji
  • Zasada maksymalnej ilości informacji
• Kwestie związane z projektowaniem interfejsu API
  • Projektowanie interfejsu API pod kątem współbieżności
  • Kopiowanie i wysyłanie danych
• Projektowanie pod kątem optymalnego dostępu do danych
• Kompromisy związane z wydajnością
  • Projekt interfejsu
  • Projektowanie komponentów
  • Błędy i zachowanie niezdefiniowane
• Podejmowanie przemyślanych decyzji projektowych
• Podsumowanie
• Pytania

Odpowiedzi