Généralisation de l’analyse de performance décrémentale vers l’analyse différentielle

par Zakaria Bendifallah

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de William Jalby.

Soutenue le 17-09-2015

à Versailles-St Quentin en Yvelines , dans le cadre de Ecole doctorale sciences et technologies de Versailles (2010-2015) , en partenariat avec Parallélisme- Réseaux- Systèmes- Modélisation / PRISM (laboratoire) .

Le président du jury était Lee W. Baugh.

Le jury était composé de Michel Krajecki, Edouard Audit, Andry Razafinjatovo, Jean-Thomas Acquaviva.

Les rapporteurs étaient Albert Cohen, Michel Krajecki.


  • Résumé

    Une des étapes les plus cruciales dans le processus d’analyse des performances d’une application est la détection des goulets d’étranglement. Un goulet étant tout évènement qui contribue à l’allongement temps d’exécution, la détection de ses causes est importante pour les développeurs d’applications afin de comprendre les défauts de conception et de génération de code. Cependant, la détection de goulets devient un art difficile. Dans le passé, des techniques qui reposaient sur le comptage du nombre d’évènements, arrivaient facilement à trouver les goulets. Maintenant, la complexité accrue des micro-architectures modernes et l’introduction de plusieurs niveaux de parallélisme ont rendu ces techniques beaucoup moins efficaces. Par conséquent, il y a un réel besoin de réflexion sur de nouvelles approches.Notre travail porte sur le développement d’outils d’évaluation de performance des boucles de calculs issues d’applications scientifiques. Nous travaillons sur Decan, un outil d’analyse de performance qui présente une approche intéressante et prometteuse appelée l’Analyse Décrémentale. Decan repose sur l’idée d’effectuer des changements contrôlés sur les boucles du programme et de comparer la version obtenue (appelée variante) avec la version originale, permettant ainsi de détecter la présence ou pas de goulets d’étranglement.Tout d’abord, nous avons enrichi Decan avec de nouvelles variantes, que nous avons conçues, testées et validées. Ces variantes sont, par la suite, intégrées dans une analyse de performance poussée appelée l’Analyse Différentielle. Nous avons intégré l’outil et l’analyse dans une méthodologie d’analyse de performance plus globale appelée Pamda.Nous décrirons aussi les différents apports à l’outil Decan. Sont particulièrement détaillées les techniques de préservation des structures de contrôle du programme,ainsi que l’ajout du support pour les programmes parallèles.Finalement, nous effectuons une étude statistique qui permet de vérifier la possibilité d’utiliser des compteurs d’évènements, autres que le temps d’exécution, comme métriques de comparaison entre les variantes Decan

  • Titre traduit

    Generalization of the decremental performance analysis to differential analysis


  • Résumé

    A crucial step in the process of application performance analysis is the accurate detection of program bottlenecks. A bottleneck is any event which contributes to extend the execution time. Determining their cause is important for application developpers as it enable them to detect code design and generation flaws.Bottleneck detection is becoming a difficult art. Techniques such as event counts,which succeeded to find bottlenecks easily in the past, became less efficient because of the increasing complexity of modern micro-processors, and because of the introduction of parallelism at several levels. Consequently, a real need for new analysis approaches is present in order to face these challenges.Our work focuses on performance analysis and bottleneck detection of computeintensive loops in scientific applications. We work on Decan, a performance analysis and bottleneck detection tool, which offers an interesting and promising approach called Decremental Analysis. The tool, which operates at binary level, is based on the idea of performing controlled modifications on the instructions of a loop, and comparing the new version (called variant) to the original one. The goal is to assess the cost of specific events, and thus the existence or not of bottlenecks.Our first contribution, consists of extending Decan with new variants that we designed, tested and validated. Based on these variants, we developed analysis methods which we used to characterize hot loops and find their bottlenecks. Welater, integrated the tool into a performance analysis methodology (Pamda) which coordinates several analysis tools in order to achieve a more efficient application performance analysis.Second, we introduce several improvements on the Decan tool. Techniquesdeveloped to preserve the control flow of the modified programs, allowed to use thetool on real applications instead of extracted kernels. Support for parallel programs(thread and process based) was also added. Finally, our tool primarily relying on execution time as the main concern for its analysis process, we study the opportunity of also using other hardware generated events, through a study of their stability, precision and overhead


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