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| -rw-r--r-- | slide.saty | 693 |
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diff --git a/slide.saty b/slide.saty new file mode 100644 index 0000000..0874c01 --- /dev/null +++ b/slide.saty @@ -0,0 +1,693 @@ +@require: option +@require: class-slydifi/theme/akasaka +@require: code-printer/code-design +@require: code-printer/code-printer +@require: code-printer/code-syntax +@require: code-printer/code-theme +@require: figbox/figbox + +let-block +code-block-c source = + '< + +code-printer?:( + CodePrinter.make-config CodeSyntax.c CodeTheme.iceberg-light + |> CodePrinter.set-number-fun CodeDesign.number-fun-null + )(source); + > + +let-block +code-block-php source = + '< + +code-printer?:( + CodePrinter.make-config CodeSyntax.php CodeTheme.iceberg-light + |> CodePrinter.set-number-fun CodeDesign.number-fun-null + )(source); + > + +let ex-big-textbox ?:size-opt it = + let size = Option.from 48pt size-opt in + FigBox.textbox?:(set-font-size size) it + +let big-textbox ?:size-opt it = + let size = Option.from 32pt size-opt in + FigBox.textbox?:(set-font-size size) it + +let mid-textbox ?:size-opt it = + let size = Option.from 24pt size-opt in + FigBox.textbox?:(set-font-size size) it + +open FigBox +in + +document '< + +set-config(| + SlydifiThemeAkasaka.default-config with + color-emph = Color.black; + |); + + +make-title(| + title = { + |CLIのPHPプログラムを + |限界まで高速化してみる + |}; + author = {|nsfisis (いまむら)|}; + date = {|Ya8 2024|}; + |); + + %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + +frame{自己紹介}< + +fig-center(vconcat [ + gap 75pt; + hconcat [ + big-textbox{nsfisis (いまむら)}; + gap 20pt; + include-image 50pt `assets/me.jpeg`; + ]; + gap 30pt; + big-textbox{\@ デジタルサーカス株式会社}; + ]); + > + + %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + +frame{高速化の対象}< + +fig-center(vconcat [ + gap 75pt; + big-textbox{PHP で書かれた}; + gap 20pt; + big-textbox{自作の WebAssembly ランタイム}; + gap 40pt; + big-textbox{10倍速くする}; + ]); + > + + +frame{目次}< + +fig-center(vconcat [ + gap 75pt; + big-textbox{WebAssembly の簡単な説明}; + gap 20pt; + big-textbox{自作ランタイムの紹介}; + gap 20pt; + big-textbox{高速化}; + ]); + > + + %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + +section{|WebAssemblyの概要|}< + + +frame{WebAssemblyとは}< + +fig-center(vconcat [ + gap 75pt; + big-textbox{WebAssembly (Wasm)}; + gap 20pt; + mid-textbox{ブラウザなどで実行できる}; + gap 10pt; + mid-textbox{ポータブルな仮想命令セット}; + ]); + > + + +frame{WebAssemblyの出自}< + +fig-center(vconcat [ + gap 75pt; + mid-textbox{元々のモチベーション: ブラウザ上での高速な処理}; + gap 20pt; + mid-textbox{動的な JavaScript だと限界がある}; + gap 30pt; + mid-textbox{間にいくつかの技術が生まれたり消えたりし、}; + gap 10pt; + mid-textbox{最終的に WebAssembly が策定された}; + ]); + > + + +frame{Emscripten}< + +fig-center(vconcat [ + gap 60pt; + big-textbox{Emscripten}; + gap 40pt; + mid-textbox{C/C++ のソースコードを Wasm に変換}; + gap 20pt; + mid-textbox{C/C++ で書かれた膨大な資産を}; + gap 10pt; + mid-textbox{ブラウザの上で動かせる}; + ]); + > + + +frame{Wasmの活用例}< + +fig-center(vconcat [ + gap 50pt; + mid-textbox{PHPの処理系はCで書かれている}; + gap 40pt; + mid-textbox{Emscripten を使って Wasm に変換できる}; + gap 40pt; + mid-textbox{Wasm に変換するとブラウザ上で動かせる}; + ]); + > + + > + + %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + +section{|自作ランタイムの紹介|}< + + +frame{処理系の紹介}< + +fig-center(vconcat [ + gap 30pt; + include-image 700pt `assets/screenshot.jpeg`; + ]); + > + + +frame{処理系の紹介}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{今回作った Wasm 処理系}; + gap 30pt; + mid-textbox{の上に、Wasmに変換されたPHP処理系}; + gap 30pt; + mid-textbox{の上に、\code(`echo "Hello, World!\n";`);}; + ]); + > + + +frame{処理系の紹介}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{普通のPHP処理系}; + gap 30pt; + mid-textbox{の上に、今回作った Wasm 処理系}; + gap 30pt; + mid-textbox{の上に、Wasmに変換されたPHP処理系}; + gap 30pt; + mid-textbox{の上に、\code(`echo "Hello, World!\n";`);}; + ]); + > + + +frame{処理系の紹介}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{普通のPHP処理系}; + gap 30pt; + mid-textbox{の上に、今回作った Wasm 処理系}; + gap 30pt; + mid-textbox{の上に、Wasmに変換されたPHP処理系}; + gap 30pt; + mid-textbox{の上に、\code(`echo "Hello, World!\n";`);}; + gap 50pt; + mid-textbox{多段になりすぎて実行に30秒かかる}; + gap 20pt; + mid-textbox{メモリは 2.2 GiB 使う}; + ]); + > + + > + + %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + +section{|高速化|}< + + +frame{初期ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 33.327 s}; + gap 30pt; + mid-textbox{メモリ使用量: 2.2 GiB}; + ]); + > + + +frame{ボトルネックを探す}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + include-image 700pt `assets/flamegraph_1.jpeg`; + ]); + > + + +frame{ボトルネックを探す}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + include-image 700pt `assets/flamegraph_2.jpeg`; + ]); + > + + +frame{ボトルネックを探す}< + +fig-center(vconcat [ + gap 75pt; + mid-textbox{初期化処理が遅すぎる}; + gap 30pt; + mid-textbox{メモリの初期化が遅すぎる}; + gap 40pt; + mid-textbox{Wasm のメモリ表現を最適化}; + ]); + > + + +frame{メモリ表現の最適化}< + +code-block-php(`$data = array_fill( + 0, + $size * 64 * 1024, + 0, +);`); + +p{\code(`0`); が \code(`$size * 64 * 1024`); 個並んだ巨大な配列} + +p{今回 \code(`$size`); は \code(`2048`);} + +p{合計 132,644,864 要素} + > + + +frame{メモリ表現の最適化}< + +code-block-php(`$data = array_fill( + 0, + $size, + str_repeat("\0", 64 * 1024), +);`); + +p{64 KiB の \code(`string`); が \code(`$size`); 個並んだ配列} + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 33.327 -\> 29.274 s}; + gap 30pt; + mid-textbox{メモリ使用量: 240 MiB (ほぼ10分の1)}; + ]); + > + + +frame{ボトルネック探しの課題}< + +p{Wasm の命令を実行する処理がすべて1つの関数に集約されている} + +code-block-php(`function execInstr($instr) { + if ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Abs) { + ... + } elseif ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Add) { + ... + } elseif ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Ceil) { + ... + } +} +`); + +p{どの命令が遅いのかわからない} + > + + +frame{ボトルネック探しの課題}< + +p{Wasm の命令を実行する処理がすべて1つの関数に集約されている} + +code-block-php(`function execInstr($instr) { + if ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Abs) { + ... + } elseif ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Add) { + ... + } elseif ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Ceil) { + ... + } +} +`); + +p{どの命令が遅いのかわからない} + +p{命令ごとに関数を分ける} + > + + +frame{execInstr の最適化}< + +code-block-php(`function execInstr($instr) { + if ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Abs) { + ... + } elseif ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Add) { + ... + } elseif ($instr instanceof Instrs\Numeric\F32Ceil) { + ... + } +} +`); + +p{elseif が多すぎる} + +p{クラスの判定が過剰な回数おこなわれる} + > + + +frame{execInstr の最適化}< + +code-block-php(`function execInstr($instr) { + switch ($instr::class) { + case Instrs\Numeric\F32Abs::class: + ... + case Instrs\Numeric\F32Add::class: + ... + case Instrs\Numeric\F32Ceil::class: + ... + } +} +`); + +p{switch-case に} + +p{クラスの判定が1回になる} + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 29.274 s -\> 14.666 s}; + ]); + > + + +frame{execInstr の分離}< + +p{命令ごとに個別の関数を用意} + +code-block-php(`function execInstr($instr) { + return match ($instr::class) { + Instrs\Numeric\F32Abs::class => + $this->execInstrNumericF32Abs($instr), + Instrs\Numeric\F32Add::class => + $this->execInstrNumericF32Add($instr), + Instrs\Numeric\F32Ceil::class => + $this->execInstrNumericF32Ceil($instr), + ... + }; +} +`); + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 14.666 s -\> 14.644 s}; + ]); + > + + +frame{ボトルネックは？}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{プロファイラが役に立たなくなってくる}; + gap 20pt; + mid-textbox{単純な命令が天文学的な回数実行される}; + ]); + > + + +frame{ボトルネックは？}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{ではどうするか}; + gap 40pt; + mid-textbox{推測と計測のサイクルを回す}; + ]); + > + + +frame{ボトルネックは？}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{推測と計測のサイクルを回す}; + gap 30pt; + mid-textbox{ボトルネックが減ってくると}; + gap 20pt; + mid-textbox{遅いという確証を得るのが難しくなる}; + gap 20pt; + mid-textbox{実際にやってみて測るしかない}; + ]); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{メモリアロケーションを減らす}; + gap 40pt; + mid-textbox{Strong typedef されたインデックス型}; + ]); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +code-block-php(`final readonly class MemIdx +{ + public function __construct( + public int $value, + ) { + } +}`); + +p{実質的にはただの \code(`int`); と同じ} + +p{メモリがもったいない} + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 14.644 s -\> 14.185 s}; + gap 30pt; + mid-textbox{メモリ使用量: 240 MiB -\> 187 MiB}; + ]); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{Wasm のプリミティブ}; + gap 30pt; + mid-textbox{i32、i64、f32、f64}; + gap 40pt; + mid-textbox{個別にクラスを用意}; + gap 30pt; + mid-textbox{クラスのアロケーションコスト}; + ]); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{Wasm のプリミティブ}; + gap 30pt; + mid-textbox{i32、i64、f32、f64}; + gap 40pt; + mid-textbox{型は事前にチェックされるので、}; + gap 20pt; + mid-textbox{int と float で事足りる}; + ]); + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 14.185 s -\> 8.300 s}; + gap 30pt; + mid-textbox{メモリ使用量: 187 MiB -\> 187 MiB}; + ]); + > + + +frame{ナイーブな実装を最適化}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{memory.init と table.init 命令の最適化}; + gap 30pt; + mid-textbox{仕様書をなぞった実装になっていて}; + gap 20pt; + mid-textbox{明らかに非効率 (詳細は割愛)}; + ]); + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 8.300 s -\> 6.650 s}; + ]); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{スタックに積まれるもの}; + gap 40pt; + mid-textbox{値、コールフレーム、ラベル}; + ]); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +code-block-php(`final class Stack +{ + /** + * @param list<StackEntry> $entries + */ + public function __construct( + public array $entries, + ) { + } + + ... +}`); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +code-block-php(`abstract class StackEntry { ... } + +final class Value extends StackEntry { ... } +final class Frame extends StackEntry { ... } +final class Label extends StackEntry { ... } +`); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +code-block-php(`final class Stack +{ + /** + * @param list<int|float|Ref|Frame|Label> $entries + */ + public function __construct( + public array $entries, + ) { + } + + ... +}`); + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 6.650 s -\> 4.587 s}; + ]); + > + + +frame{安全装置を切る}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{安全装置を切る}; + ]); + > + + +frame{安全装置を切る}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{安全装置を切る}; + gap 30pt; + mid-textbox{assert() を無効化する}; + ]); + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 4.587 s -\> 3.407 s}; + ]); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{命令の実行結果を表す}; + gap 20pt; + mid-textbox{ControlFlowResult クラス}; + gap 20pt; + mid-textbox{return、br 命令の結果}; + ]); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +code-block-php(`abstract readonly class ControlFlowResult {} + +final class Return extends ControlFlowResult {} + +final class Br extends ControlFlowResult +{ + public function __construct( + public int $label, + ) { + } +} +`); + > + + +frame{メモリアロケーションを減らす}< + +code-block-php(`// => -1 +final class Return extends ControlFlowResult {} + +// => $label +final class Br extends ControlFlowResult +{ + public function __construct( + public int $label, + ) { + } +} +`); + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 3.407 s -\> 3.156 s}; + ]); + > + + +frame{メモリ表現の最適化}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{メモリ表現の最適化がまだ足りない}; + ]); + > + + +frame{メモリ表現の最適化}< + +code-block-php(`$data = array_fill( + 0, + $size, + str_repeat("\0", 64 * 1024), +);`); + +p{64 KiB の \code(`string`); が \code(`$size`); 個並んだ配列} + > + + +frame{メモリ表現の最適化}< + +code-block-c(`function loadI32(int $n) { + $bytes = $this->sliceNBytes($n, 4); + return unpack('l', $bytes)[1]; +} +`); + +p{バイナリ列の切り出しと \code(`unpack()`); のコストが重い} + > + + +frame{メモリ表現の最適化}< + +code-block-c(`int32_t loadI32(void* rawData, size_t n) { + return *(int32_t*)(rawData + n); +} +`); + +p{Cならこう書ける} + > + + +frame{メモリ表現の最適化}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{FFI: foreign function interface}; + gap 40pt; + mid-textbox{アロケーションとポインタのキャストができる}; + ]); + > + + +frame{メモリ表現の最適化}< + +code-block-c(`// $this->rawData = $this->ffi->new( +// "uint8_t[$this->memorySize]", +// ); + +function loadI32(int $n) { + $dataAsInt32 = $this->ffi->cast( + "int32_t[$this->memorySize / 4]", + $this->rawData, + ); + return $dataAsInt32[$n / 4]; +} +`); + > + + +frame{ベンチマーク}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 3.156 s -\> 2.852 s}; + gap 30pt; + mid-textbox{メモリ使用量: 187 MiB -\> 308 MiB}; + ]); + > + + +frame{ベンチマークまとめ}< + +fig-center(vconcat [ + gap 40pt; + mid-textbox{実行時間: 33.327 s -\> 2.852 s (11.7 倍)}; + gap 30pt; + mid-textbox{メモリ使用量: 2.2 GiB -\> 308 MiB (7.4 分の1)}; + ]); + > + + %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + + +frame{まとめ}< + +fig-center(vconcat [ + gap 75pt; + mid-textbox{10倍以上速くなった}; + gap 40pt; + mid-textbox{メモリアロケーションを減らす}; + gap 30pt; + mid-textbox{すべての改善でベンチマークを取る}; + gap 30pt; + mid-textbox{推測・適用・計測のサイクルを回す}; + ]); + > + + > + +> |