OpenACC Tutorial - Profiling/fr

Objectifs d'apprentissage

• comprendre ce qu'est un profileur
• savoir utiliser le profileur NVPROF
• comprendre la performance du code
• savoir concentrer vos efforts et réécrire les routines qui exigent beaucoup de temps

Profiler du code

Pourquoi auriez-vous besoin de profiler du code? Parce que c'est la seule façon de comprendre

• comment le temps est employé aux points critiques (hotspots),
• comprendre la performance du code,
• savoir comment mieux employer votre temps.

Pourquoi est-ce important de connaitre les points critiques dans le code? D'après la loi d'Amdahl, paralléliser les routines qui exigent le plus de temps d'exécution (les points critiques) produit le plus d'impact.

Préparer le code pour l'exercice

Pour notre exemple, nous utilisons du code provenant de ces dépôts. Téléchargez les fichiers et utilisez les répertoires cpp ou f90. Le but de l'exercice est de compiler et lier le code et d'obtenir un exécutable que nous profilerons.

Choix du compilateur

En date de mai 2016, relativement peu de compilateurs offraient les fonctionnalités d'OpenACC. Les plus avancés en ce sens sont les compilateurs du Portland Group de NVidia et ceux de Cray. Pour ce est qui de GNU, l'implémentation d'OpenACC dans la version 5 était expérimentale et devrait être complète dans la version 6.

Dans ce tutoriel, nous utilisons la version 16.3 des compilateurs du Portland Group qui sont gratuits pour des fins de recherche universitaire.

[name@server ~]$ make 
nvc++    -c -o main.o main.cpp
nvc++ main.o -o cg.x

Une fois l'exécutable créé, nous allons profiler le code.

Choix du profileur

Dans ce tutoriel, nous utilisons plusieurs des profileurs suivants :

• PGPROF : outil simple mais puissant pour l'analyse de programmes parallèles écrits avec OpenMP, OpenACC ou CUDA; rappelons que PGPROF est gratuit pour des fins de recherche universitaire.
• NVVP (NVIDIA Visual Profiler) : outil d'analyse multiplateforme pour des programmes écrits avec OpenACC et CUDA C/C++.
• NVPROF : version ligne de commande du NVIDIA Visual Profiler.

PGPROF

Commencer une nouvelle session PGPROF

Ouvrez d'abord une nouvelle session PGPROF. Localisez ensuite le fichier exécutable du code que vous voulez profiler. Enfin, sélectionnez les options; par exemple, pour profiler l'activité du processeur, cochez Profile execution of the CPU.

NVVP

Le NVIDIA Visual Profiler peut être employé avec les applications OpenACC. C'est un outil d'analyse multiplateforme pour les instructions OpenACC et CUDA C/C++.

Localisez l'exécutable à profiler

Profileur NVVP

NVPROF ligne de commande

La version ligne de commande de NVPROF est semblable à GPU prof.

[name@server ~]$ nvprof --cpu-profiling on ./cg.x 
<Program output >
======== CPU profiling result (bottom up):
84.25% matvec(matrix const &, vector const &, vector const &)
84.25% main
9.50% waxpby(double, vector const &, double, vector const &, vector const &)
3.37% dot(vector const &, vector const &)
2.76% allocate_3d_poisson_matrix(matrix&, int)
2.76% main
0.11% __c_mset8
0.03% munmap
  0.03% free_matrix(matrix&)
    0.03% main
======== Data collected at 100Hz frequency

Renseignements sur le compilateur

Avant de travailler sur la routine, nous devons comprendre ce que fait le compilateur; posons-nous les questions suivantes :

• Quelles sont les optimisations qui ont été appliquées?
• Qu'est-ce qui a empêché d'optimiser davantage?
• La performance serait-elle affectée par les petites modifications?

Le compilateur PGI offre l'indicateur -Minfo avec les options suivantes :

• accel – liste des opérations du compilateur relativement à l'accélérateur
• all – résultats en sortie du compilateur
• intensity – renseignements sur l'intensité de la boucle
• ccff – ajout de renseignements aux fichiers objet pour utilisation future

Obtenir les renseignements sur le compilateur

• Éditez le Makefile.

CXX=nvc++
CXXFLAGS=-fast -Minfo=all,intensity,ccff
LDFLAGS=${CXXFLAGS}

• Effectuez un nouveau build.

[name@server ~]$ make clean; make
nvc++ -fast -Minfo=all,intensity,ccff   -c -o main.o main.cpp
initialize_vector(vector &, double):
     20, include "vector.h"
          36, Intensity = 0.0
              Memory set idiom, loop replaced by call to __c_mset8
dot(const vector &, const vector &):
     21, include "vector_functions.h"
          27, Intensity = 1.00
              Generated vector simd code for the loop containing reductions
              FMA (fused multiply-add) instruction(s) generated
waxpby(double, const vector &, double, const vector &, const vector &):
     21, include "vector_functions.h"
          39, Intensity = 1.00
              Loop not vectorized: data dependency
              Generated vector simd code for the loop
              Loop unrolled 2 times
              FMA (fused multiply-add) instruction(s) generated
allocate_3d_poisson_matrix(matrix &, int):
     22, include "matrix.h"
          43, Intensity = 0.0
              Loop not fused: different loop trip count
          44, Intensity = 0.0
              Loop not vectorized/parallelized: loop count too small
          45, Intensity = 0.0
          57, Intensity = 0.0
          59, Intensity = 0.0
              Loop not vectorized: data dependency
matvec(const matrix &, const vector &, const vector &):
     23, include "matrix_functions.h"
          29, Intensity = (num_rows*((row_end-row_start)*         2))/(num_rows+(num_rows+(num_rows+((row_end-row_start)+(row_end-row_start)))))
              FMA (fused multiply-add) instruction(s) generated
          33, Intensity = 1.00
              Loop not vectorized: non-stride-1 array reference
              Loop not vectorized: mixed data types
              Loop unrolled 2 times
              FMA (fused multiply-add) instruction(s) generated
main:
     38, allocate_3d_poisson_matrix(matrix &, int) inlined, size=41 (inline) file main.cpp (29)
          43, Intensity = 0.0
              Loop not fused: different loop trip count
          44, Intensity = 0.0
              Loop not vectorized/parallelized: loop count too small
          45, Intensity = 0.0
          57, Intensity = 0.0
              Loop not fused: function call before adjacent loop
          59, Intensity = 0.0
              Loop not vectorized: data dependency
     42, allocate_vector(vector &, unsigned int) inlined, size=3 (inline) file main.cpp (24)
     43, allocate_vector(vector &, unsigned int) inlined, size=3 (inline) file main.cpp (24)
     44, allocate_vector(vector &, unsigned int) inlined, size=3 (inline) file main.cpp (24)
     45, allocate_vector(vector &, unsigned int) inlined, size=3 (inline) file main.cpp (24)
     46, allocate_vector(vector &, unsigned int) inlined, size=3 (inline) file main.cpp (24)
     48, initialize_vector(vector &, double) inlined, size=5 (inline) file main.cpp (34)
          36, Intensity = 0.0
              Loop not vectorized/parallelized: not countable
     49, initialize_vector(vector &, double) inlined, size=5 (inline) file main.cpp (34)
          36, Intensity = 0.0
              Loop not vectorized/parallelized: not countable
     52, waxpby(double, const vector &, double, const vector &, const vector &) inlined, size=10 (inline) file main.cpp (33)
          39, Intensity = 0.0
              Memory copy idiom, loop replaced by call to __c_mcopy8
     53, matvec(const matrix &, const vector &, const vector &) inlined, size=19 (inline) file main.cpp (20)
          29, Intensity = [symbolic], and not printable, try the -Mpfi -Mpfo options
              Loop not fused: different loop trip count
          33, Intensity = 1.00
              Loop not vectorized: non-stride-1 array reference
              Loop not vectorized: mixed data types
              Loop unrolled 2 times
     54, waxpby(double, const vector &, double, const vector &, const vector &) inlined, size=10 (inline) file main.cpp (33)
          27, FMA (fused multiply-add) instruction(s) generated
          29, FMA (fused multiply-add) instruction(s) generated
          33, FMA (fused multiply-add) instruction(s) generated
          39, Intensity = 0.67
              Loop not fused: different loop trip count
              Loop not vectorized: data dependency
              Generated vector simd code for the loop
              Loop unrolled 4 times
              FMA (fused multiply-add) instruction(s) generated
     56, dot(const vector &, const vector &) inlined, size=9 (inline) file main.cpp (21)
          27, Intensity = 1.00
              Loop not fused: function call before adjacent loop
              Generated vector simd code for the loop containing reductions
     61, Intensity = 0.0
     62, waxpby(double, const vector &, double, const vector &, const vector &) inlined, size=10 (inline) file main.cpp (33)
          39, Intensity = 0.0
              Memory copy idiom, loop replaced by call to __c_mcopy8
     65, dot(const vector &, const vector &) inlined, size=9 (inline) file main.cpp (21)
          27, Intensity = 1.00
              Loop not fused: different loop trip count
              Generated vector simd code for the loop containing reductions
     67, waxpby(double, const vector &, double, const vector &, const vector &) inlined, size=10 (inline) file main.cpp (33)
          39, Intensity = 0.67
              Loop not fused: different loop trip count
              Loop not vectorized: data dependency
              Generated vector simd code for the loop
              Loop unrolled 4 times
     72, matvec(const matrix &, const vector &, const vector &) inlined, size=19 (inline) file main.cpp (20)
          29, Intensity = [symbolic], and not printable, try the -Mpfi -Mpfo options
              Loop not fused: different loop trip count
          33, Intensity = 1.00
              Loop not vectorized: non-stride-1 array reference
              Loop not vectorized: mixed data types
              Loop unrolled 2 times
     73, dot(const vector &, const vector &) inlined, size=9 (inline) file main.cpp (21)
          27, Intensity = 1.00
              Loop not fused: different loop trip count
              Generated vector simd code for the loop containing reductions
     77, waxpby(double, const vector &, double, const vector &, const vector &) inlined, size=10 (inline) file main.cpp (33)
          39, Intensity = 0.67
              Loop not fused: different loop trip count
              Loop not vectorized: data dependency
              Generated vector simd code for the loop
              Loop unrolled 4 times
     78, waxpby(double, const vector &, double, const vector &, const vector &) inlined, size=10 (inline) file main.cpp (33)
          39, Intensity = 0.67
              Loop not fused: function call before adjacent loop
              Loop not vectorized: data dependency
              Generated vector simd code for the loop
              Loop unrolled 4 times
     88, free_vector(vector &) inlined, size=2 (inline) file main.cpp (29)
     89, free_vector(vector &) inlined, size=2 (inline) file main.cpp (29)
     90, free_vector(vector &) inlined, size=2 (inline) file main.cpp (29)
     91, free_vector(vector &) inlined, size=2 (inline) file main.cpp (29)
     92, free_matrix(matrix &) inlined, size=5 (inline) file main.cpp (73)
nvc++ main.o -o cg.x -fast -Minfo=all,intensity,ccff

Intensité computationnelle

L'intensité computationnelle d'une boucle représente la quantité de travail accompli par la boucle en fonction des opérations effectuées en mémoire.

intensité computationnelle = opérations de calcul / opérations en mémoire

Une valeur de 1 ou plus indique que la boucle serait bien exécutée sur un processeur graphique (GPU).

Comprendre le code

Regardons attentivement le code suivant de matrix_functions.h :

for(int i=0;i<num_rows;i++) {
  double sum=0;
  int row_start=row_offsets[i];
  int row_end=row_offsets[i+1];
  for(int j=row_start; j<row_end;j++) {
    unsigned int Acol=cols[j];
    double Acoef=Acoefs[j]; 
    double xcoef=xcoefs[Acol]; 
    sum+=Acoef*xcoef;
  }
  ycoefs[i]=sum;
}

On trouvera les dépendances de données en se posant les questions suivantes :

• Une itération en affecte-t-elle d'autres?
• Les itérations lisent-elles ou écrivent-elles à des endroits différents du même tableau?
• Est-ce que sum est une dépendance? Non, c'est une réduction.

Maintenant que le code est analysé, nous pouvons ajouter des directives au compilateur.

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