Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen

wob

Lass das mit dem Assembler bleiben. Wartung und so.

Hast du das schon gefunden: https://stackoverflow.com/questions/43289/comparing-two-byte-arrays-in-net

Schau dir das unsafeCompare oder EqualBytesLongUnrolled an.
Oder probiere die Lösung mit dem memcmp-Aufruf (wenn deine Daten fast immer gleich sind).

Edit: oder sogar die SSE/AVX-Lösung (weiter unten ab .NET 3)

hkdd

@Swordfish sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Was hast Du schon unternommen um das selbst herauszufinden

Das habe ich schon gelesen, finde alles aber sehr umständlich.
In Delphi und C++ kann man auch den Asm-Code befehlsweise debuggen und die Registerinhalten anschauen.

Fazit für mich:
Zeitkritische Aufgaben nicht in C# erarbeiten, sondern dafür Delphi oder C++ benutzen.
Ich mache nach jeder Sicherung zur Kontrolle ein derartiges Compare.
Wenn ca. 2 GB bereits über 7 Minuten dauern, dann wären die Ordner mit den Videos, wo Terra-Bytes zu vergleichen sind, nahezu unlösbar, das würde mehrere Stunden dauern.

Mechanics

@hkdd sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

auch bei VS2019 mit C++ darf/kann man das problemlos tun

Nee, nicht problemlos. In 64 Bit kannst du kein Inline Assembler verwenden. Für 32 und 64 Bit musst du in Assembler so oder so unterschiedlichen Code schreiben. Sinnvoll wäre das für sowas überhaupt nicht.

Swordfish

@hkdd Hey, Alter, jetzt mal ernsthaft. Nimm die memcmp()-Implementierung der cstdlib und sei happy. Schneller wirds nicht. Und wenn Du schon irgendwelche Fragen zu Performance meinst stellen zu müssen dann zeige vollständigen Code, wie und womit er compiliert wird und wie Du gemessen hast. Alles andere ist Quatsch mit Sauce.

// edit: ach so, sorry, vergessen

Mit freundlichen Grüßen,

Fisch

hustbaer

@TGGC sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Der Code macht 2% ALU Auslastung und 100% Speicherauslastung. Die genaue Implementation ist daher irrelevant, solange das Prefetchen erkannt werden kann.

Nein. Bei linearen Zugriffen ist Speicher lange nicht so langsam wie viele glauben.

Als Beispiel: Coffee Lake hat ne Speicherbandbreite von 40 GB/s (Hauptspeicher). Bei 4 GHz Takt entspricht das 10 B/c. Im L3 Cache sind es dann 32 B/c und L2 sogar 64 (beim Lesen). Mit einer einfachen Schleife die DWORDs vergleicht schaffst du das nicht - ein Schleifendurchlauf braucht in jedem Fall nicht < 1 Zyklus, vermutlich eher >= 2. D.h. das wären dann 8 Bytes in 2 Zyklen also 4 B/c. Also nichtmal die Hälfte der Hauptspeicherbandbreite. Und weit weg von dem was der Cache liefern kann.

Deswegen gibt es auch recht aufwendige Optimierungen in den diversen memcmp Implementierungen. Mit denen kommt man dann wesentlich näher an die theoretisch mögliche Bandbreite.

hkdd

@Swordfish sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Nimm die memcmp()-Implementierung der cstdlib und sei happy

Das habe ich gemacht, es werden die Puffer mit memcmp vergleichen, falls Differenzen, werden diese im Anschluss mit der for-Schleife ermittelt, im Prinzip, wie mit meiner Ass-Routine. Die Laufzeit von bisher 6'31" sinkt auf "tolle" 6'25" ( mit Delphi+Asm = 49").
Compiliert wird mit Visual Studio 2019 Community Version 16.1.6.
Die Zeiten werden vom Programm selbst ermittelt und protokolliert.
(Start - Ende - Dauer)

Der Taskmanager zeigt eine CPU-Auslastung von knapp 20%.
Wenn gut 2 TB Daten verglichen werden, dann müssen die ja auch von zwei Dateien gelesen werden, also das doppelte etwa 4 TB. Das Lesen von Datei 1 und 2 erfolgt nacheinander.

Block1 lesen - Block2 lesen - Block1+2 vergleichen

Die CPU fällt hauptsächlich beim Vergleichen an.


                FileStream fs1 = new FileStream(Dsn1, FileMode.Open, FileAccess.Read);
                FileStream fs2 = new FileStream(Dsn2, FileMode.Open, FileAccess.Read);

                long VerglRestLen = VerglLenGes;
                long VerglOffset = 0;
                long VerglLen = 0;
                int isDiff = 0;

                ByPu1 = new byte[MaxPufL + 0x1000];
                ByPu2 = new byte[MaxPufL + 0x1000];


            NxtPuVergleich:

                if (VerglRestLen > MaxPufL)
                { VerglLen = MaxPufL; }
                else
                { VerglLen = VerglRestLen; }
                                
                fs1.Seek(VerglOffset, SeekOrigin.Begin);
                fs1.Read(ByPu1, 0, (int)VerglLen);

                fs2.Seek(VerglOffset, SeekOrigin.Begin);
                fs2.Read(ByPu2, 0, (int)VerglLen);

                isDiff = memcmp(ByPu1, ByPu2, VerglLen);
                if (isDiff==0) { goto EndePuVergl; }

                // Puffer mit Differenzen vergleichen
                for (int i = 0; i < VerglLen; i++)
                {
                    if (ByPu1[i] != ByPu2[i]) // ungleiche Bytes gefunden ?
                    {
                        if (AnzDiff == 0) // Erste Differenz dieser Datei ?
                        {
                            sZei = sZei + "- ==> Unterschiede gefunden";
                            if (!Flag_F)
                            {
                                PutListV(sZei);
                            }
                            sZei = "";
                        }
                        rc = 1; // es gibt Differenzen
                        isDiff = 1;
                        AnzDiff++;
                        GesDiff++; // Differenzen (Anzahl Bytes)

                        if (AnzDiff <= Anz_M)
                        {
                            ZeigeDiff(VerglOffset+i, ByPu1[i], ByPu2[i], (int)VerglLen);
                        }
                    }
                } // for (uint i = 0; i < VerglLen; i++)

          EndePuVergl:

                VerglRestLen = VerglRestLen - VerglLen; // neue Restlänge

                GesLen = GesLen + VerglLen;
                GesVglLen = GesVglLen + VerglLen;

                Form1Text = "CompHK " + AllTrim(EdStrLo(GesLen, 15)) + " Bytes " + TxPfad3;

                if (VerglRestLen > 0)
                {
                    VerglOffset = VerglOffset + VerglLen;   // Offset nächster Block
                    goto NxtPuVergleich;
                }

                fs1.Close();
                fs2.Close();

TGGC

@hustbaer sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Als Beispiel: Coffee Lake hat ne Speicherbandbreite von 40 GB/s (Hauptspeicher). Bei 4 GHz Takt entspricht das 10 B/c.

Und? Coffee Lake hat 4 Integer ALUs pro Core, kann also 4 Vergleiche auf einmal machen, d.h. selbst bei int32 wären das 128 Byte Daten die verarbeitet werden. Mit Streaming Instruction und Multicores kann man das noch verzigfachen. Bringt aber nichts, weil man schon weit über der lesbaren Datenmenge ist.

wob

@hkdd Hast du dir in meinem oben geposteten StackOverflow-Link die Antworten angeschaut? Insbesondere die von "Mr Anderson" und mit deinem Vergleich verglichen? Vielleicht kann man den Code auch ändern, sodass statt true/false gleich ein Offset rauskommt?

Wozu sind die Seeks in deinem Code?

hustbaer

@TGGC sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

@hustbaer sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Als Beispiel: Coffee Lake hat ne Speicherbandbreite von 40 GB/s (Hauptspeicher). Bei 4 GHz Takt entspricht das 10 B/c.

Und? Coffee Lake hat 4 Integer ALUs pro Core, kann also 4 Vergleiche auf einmal machen, d.h. selbst bei int32 wären das 128 Byte Daten die verarbeitet werden.

Nein, es wären 128 Bit. Also 16 Byte. Und das auch nur wenn man entweder Loop-Unrolling macht (also im generierten Maschinencode, nicht was die CPU evtl. selbst macht) oder die CPU von sich aus mehr als einen Schleifendurchlauf pro Zyklus schafft.

Du hast behauptet dass die genaue Implementierung irrelevant ist. Wenn diese Behauptung wahr wäre, dann müsste es auch ohne Loop-Unrolling gehen. Geht aber nicht, weil die CPU nicht mehr als einen Schleifendurchlauf pro Zyklus schafft.

Mit Streaming Instruction und Multicores kann man das noch verzigfachen. Bringt aber nichts, weil man schon weit über der lesbaren Datenmenge ist.

Man braucht weder Streaming Instructions noch mehrere Cores. Man braucht bloss Loop Unrolling und idealerweise breite Register (Vector-Register). Und genau das machen die optimierten memcmp Implementierungen.

TGGC

Die Loop wird bei der Umsetzung in Microops und durch Register Renaming sowieso unrolled.

hustbaer

@TGGC
Äh, nein, der Loop wird nicht unrolled!?!

Alleine schon das Inkrementieren der Induktionsvariable "serialisiert" dir den Loop. Klar kann die CPU auch die Induktionsvariable "renamen", aber das ändert nichts daran dass Schleifendurchlauf 2 eine Dependency auf den Wert von Schleifendurchlauf 1 hat, Schleifendurchlauf 3 eine auf den Wert von Schleifendurchlauf 2 usw. Dadurch kommst du nicht unter 1 Zyklus pro Schleifendurchlauf. Zumindest nicht ohne ganz wilde Klimmzüge, und ich kann mir echt nicht vorstellen dass aktuelle CPUs das können.

Wenn man den Loop dagegen selbst unrolled ist die Induktionsvariable kein Problem, man macht einfach nur ein Update pro Iteration und nicht ein Update pro Element. Genau so kann ein guter Optimizer mit sowas umgehen. Der hat aber im Gegensatz zur CPU auch ausreichend Zeit sich den Code anzusehen und rauszufinden wie er das alles optimal in Maschinencode giessen kann.

hkdd

@wob sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Wozu sind die Seeks in deinem Code?

Bei großen Dateien ( > als max Pufferlänge) lese ich immer nur Blöcke in die Max-Länge ein und einen Restblock, falls erforderlich
Seek beginnt mit 0 und dann immer mit dem Beginn des nächsten Blockes.

                if (VerglRestLen > 0)
                {
                    VerglOffset = VerglOffset + VerglLen;   // Offset nächster Block
                    goto NxtPuVergleich;
                }

hkdd

@wob sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Vielleicht kann man den Code auch ändern, sodass statt true/false gleich ein Offset rauskommt

Die meisten Dateien sind identisch, so dass die Behandlung von evtl. Differenzen unrelevant ist. Wenn eine Differenz auftritt, dann kommt es auf ein paar Sekunden nicht an.
In meinem Test habe ich ja immer die Ordner mit sich selbst verglichen.
Es geht um identische Dateien und die Zeit, um festzustellen, ob sie identisch sind.

Ich habe jetzt ein wirklich funktionierendes Beispiel eines Inline-Assemblers gefunden, da werde ich versuchen meinen Compare-Code für einen Block mit Puffer1+2 auf diese Weise in das Programm einzufügen.
Mit DLLs aus C++ hatte ich keinen Erfolg.
https://stackoverflow.com/questions/3216535/x86-x64-cpuid-in-c-sharp

hustbaer

@hkdd
Hast du es mal mit

[DllImport("ntdll.dll", EntryPoint = "RtlCompareMemory")]  
static extern IntPtr RtlCompareMemory(IntPtr Source1, IntPtr Source2, IntPtr length);

probiert?

Swordfish

@hkdd sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Bei großen Dateien ( > als max Pufferlänge) lese ich immer nur Blöcke in die Max-Länge ein und einen Restblock, falls erforderlich
Seek beginnt mit 0 und dann immer mit dem Beginn des nächsten Blockes.

FileStream.Read advanced den file-pointer doch sowieso schon. Völlig für die Katz'.

hkdd

@Swordfish sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Völlig für die Katz'.

Da hast Du Recht, es funktioniert genau so ohne Seek.
Ich habe es heraus genommen.
Danke für den Hinweis.

TGGC

@hustbaer sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

@TGGC
Äh, nein, der Loop wird nicht unrolled!?!

Alleine schon das Inkrementieren der Induktionsvariable "serialisiert" dir den Loop. Klar kann die CPU auch die Induktionsvariable "renamen", aber das ändert nichts daran dass Schleifendurchlauf 2 eine Dependency auf den Wert von Schleifendurchlauf 1 hat, Schleifendurchlauf 3 eine auf den Wert von Schleifendurchlauf 2 usw. Dadurch kommst du nicht unter 1 Zyklus pro Schleifendurchlauf. Zumindest nicht ohne ganz wilde Klimmzüge, und ich kann mir echt nicht vorstellen dass aktuelle CPUs das können.

Wenn man den Loop dagegen selbst unrolled ist die Induktionsvariable kein Problem, man macht einfach nur ein Update pro Iteration und nicht ein Update pro Element. Genau so kann ein guter Optimizer mit sowas umgehen. Der hat aber im Gegensatz zur CPU auch ausreichend Zeit sich den Code anzusehen und rauszufinden wie er das alles optimal in Maschinencode giessen kann.

Genau, die bauen in ihre CPUs 6,7 unabhängige Einheiten, die paralell arbeiten könnten aber machen das dann alles nur sequentiell, nur weil du dir das nicht vorstellen kannst...

Informier dich doch mal über Speculative execution.

Swordfish

@hkdd sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Ich habe es heraus genommen.

Und?

hkdd

@hustbaer sagte in Assembler-Code wegen Laufzeit-Optimierung benutzen:

Hast du es

Ja, allerdings habe ich an anderer Stelle den DllImport anders gefunden

        [DllImport("ntdll.dll", EntryPoint = "RtlCompareMemory", SetLastError = false)]
        private static extern ulong RtlCompareMemory(IntPtr Source1, IntPtr Source2, ulong length);



                IntPtr sPtr1 = Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(ByPu1, 0);
                IntPtr sPtr2 = Marshal.UnsafeAddrOfPinnedArrayElement(ByPu2, 0);

                ulong uLen = Convert.ToUInt64(VerglLen);
                ulong okLen = RtlCompareMemory(sPtr1, sPtr2, uLen);
                ulong uDiff = uLen - okLen;

                if (uDiff > 0)
                { isDiff = 1; } // es gibt Differenzen
                else
                { isDiff = 0; } // es gibt keine Differenzen

Die Laufzeit für die gleichen Daten, wie bisher = 6'44"

Ich denke, alle diese Routinen arbeiten mit der for-Schleife.
Keine nutzt eine effektive Ass-Routine mit REPZ CMPSD

  MOV   ESI,[EBP+16] ; Offset Puffer1
  MOV   EDI,[EBP+12] ; Offset Puffer2
  MOV   ECX,[EBP+08] ; Länge in Bytes 
  SHR   ECX,2        ; Länge / 4 : in DWords 
  CLD
  REPZ  CMPSD        ; DWords vergleichen - den kompletten Puffer
  JNZ   @Diff        ; --> Differenz

hustbaer

@TGGC

Genau, die bauen in ihre CPUs 6,7 unabhängige Einheiten, die paralell arbeiten könnten aber machen das dann alles nur sequentiell, nur weil du dir das nicht vorstellen kannst...

Wenn Dependencies bestehen, dann ja. Man kann das Ergebnis halt einfach nicht berechnen bevor der Input feststeht. Und wenn das Ergebnis dann gleich wieder als Input für die nächste Operation verwendet wird...

Informier dich doch mal über Speculative execution.

Das hat nichts mit Speculative Execution zu tun. Mit Speculative Execution kann man den bedingten Sprung in der Schleife mal testweise ausführen bevor das Ergebnis feststeht. Aber wenn du 1000x hintereinander ein INC RAX hast, da hilft alles Register-Renaming und Speculative Execution nicht dass man das in unter 1000 Zyklen ausgeführt bekommen würde. Und die Sache wird noch schwieriger dadurch dass es nichtmal 1000 INC RAX Befehle hintereinander sind, sondern immer der selbe, nur halt in 1000 aufeinanderfolgenden Schleifendurchläufen.

Vielleicht solltest ja du dich mal etwas näher damit beschäftigen wie moderne CPUs so arbeiten. Anstatt davon auszugehen dass die zaubern können und schon alles richten werden.