Adaptation automatique et semi-automatique des optimisations de programmes

Automatic and Semi-Automatic Adaptation of Program Optimizations

• Auteur / Autrice : Lénaïc Bagnères
• Direction : Christine Eisenbeis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 30/09/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en informatique (Orsay, Essonne ; 1998-2020) - Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Saclay, Ile-de-France)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Yannis Manoussakis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Eisenbeis, Yannis Manoussakis, Erven Rohou, Corinne Ancourt, Cédric Bastoul, Patrick Carribault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Erven Rohou, Corinne Ancourt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation parallèle (informatique)

Compilateurs (logiciels)

Mots clés libres

Parallélisation

Optimisation

Compilateur

Polyédrique

Parallelization

Optimisation

Compiler

Polyhedral

Résumé

Les compilateurs offrent un excellent compromis entre le temps de développement et les performances de l'application. Actuellement l'efficacité de leurs optimisations reste limitée lorsque les architectures cibles sont des multi-cœurs ou si les applications demandent des calculs intensifs. Il est difficile de prendre en compte les nombreuses configurations existantes et les nombreux paramètres inconnus à la compilation et donc disponibles uniquement pendant l'exécution. En se basant sur les techniques de compilation polyédrique, nous proposons deux solutions complémentaires pour contribuer au traitement de ces problèmes. Dans une première partie, nous présentons une technique automatique à la fois statique et dynamique permettant d'optimiser les boucles des programmes en utilisant les possibilités offertes par l'auto-tuning dynamique. Cette solution entièrement automatique explore de nombreuses versions et sélectionne les plus pertinentes à la compilation. Le choix de la version à exécuter se fait dynamiquement avec un faible surcoût grâce à la génération de versions interchangeables: un ensemble de transformations autorisant le passage d'une version à une autre du programme tout en faisant du calcul utile. Dans une seconde partie, nous offrons à l'utilisateur une nouvelle façon d'interagir avec le compilateur polyédrique. Afin de comprendre et de modifier les transformations faites par l'optimiseur, nous traduisons depuis la représentation polyédrique utilisée en interne n'importe quelle transformation de boucles impactant l’ordonnancement des itérations en une séquence de transformations syntaxiques équivalente. Celle-ci est compréhensible et modifiable par les programmeurs. En offrant la possibilité au développeur d'examiner, modifier, améliorer, rejouer et de construire des optimisations complexes avec ces outils de compilation semi-automatiques, nous ouvrons une boîte noire du compilateur: celle de la plateforme de compilation polyédrique.

Compilers usually offer a good trade-off between productivity and single thread performance thanks to a wide range of available automatic optimizations. However, they are still fragile when addressing computation intensive parts of applications in the context of parallel architectures with deep memory hierarchies that are now omnipresent. The recent shift to multicore architectures for desktop and embedded systems as well as the emergence of cloud computing is raising the problem of the impact of the execution context on performance. Firstly, we present a static-dynamic compiler optimization technique that generates loop-based programs with dynamic auto-tuning capabilities with very low overhead. Our strategy introduces switchable scheduling, a family of program transformations that allows to switch between optimized versions while always processing useful computation. We present both the technique to generate self-adaptive programs based on switchable scheduling and experimental evidence of their ability to sustain high-performance in a dynamic environment.Secondly, we propose a novel approach which aims at opening the polyhedral compilation engines that are powering loop-level optimization and parallelization frameworks of several modern compilers.Building on the state-of-the-art polyhedral representation of programs, we present ways to translate comprehensible syntactic transformation sequences to and from the internal polyhedral compiler abstractions. This new way to interact with high-level optimization frameworks provides an invaluable feedback to programmers with the ability to design, replay or refine loop-level compiler optimizations.