Effective Software

Předmět BE4M36ESW nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět B4M36ESW (vztah je symetrický)

Předmět BE4M36ESW může při kontrole studijních plánů nahradit předmět B4M36ESW

Předmět BE4M36ESW nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět B4M36ESW (vztah je symetrický)

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra počítačů

Anotace:

V předmětu Effektivní software se seznámíte s problematikou optimalizace softwaru a algoritmů při omezených zdrojích. Předmět se zaměřuje na efektivní využití moderních hardwarových architektur, tj. vícejádrových a víceprocesorových systémů se sdílenou pamětí. Přednášené techniky se student naučí implementovat v jazycích C a Java. Hlavní témata jsou: optimalizace kódu, efektivní datové struktury a využití cache paměti procesoru, datové struktury ve vícevláknových aplikacích, implementace výkonných síťových serverů.

Požadavky:

znalosti z oblasti architektury počítačů, jayzků C a Java

Osnova přednášek:

1. Úvod: jak psát efektivní programy, moderní počítačové architektury, spotřeba energie

2. Běh programu - virtuální stroj, byte-code, kompilátor jazyka Java, JIT kompilátor, vazba na strojový kód, analýza byte-code, zpětná dekompilace Java byte-code, optimalizace v kompilátorech, analýza výkonnosti programu

3. Měření výkonnosti programu, metriky, statistiky, WCET, timestamping, profiling (perf, *trace, cachegrind)

4. Škálovatelná synchronizace - od mutexů k RCU (read-copy-update), transakční paměť, škálovalné API, SIM komutativita

5. Konkurence v JVM - více-vláknové přístupy k datům, monitoring zámků, atomické operace, lock-less/block-free datové struktury, neblokující algoritmy (fronta, zásobník, množina, slovník)

6. Efektivní servery, C10K problém, využití neblokujících IO pro efektivní zpracování síťových požadavků, nativní vyrovnávací paměť v JVM

7. Serializace datových struktur - JSON, XML, protobufs, AVRO, cap'n'proto, mmap/sdílená paměť

8. Přístup k paměti - efektivní programování s použitím vyrovnávací paměti, dynamická alokace paměti (malloc, NUMA, .)

9. Reprezentace objektu v JVM - statická a dynamická analýza paměti, reprezentace dat, datové struktury redukující zátěž správy paměti

10. JVM - alokace objektu, bloom filters, typy odkazů na instance, efektivní vyrovnávací paměť

11. Správa paměti v JVM - organizace paměti, algoritmy správy paměti a jejich parametrizace

12. Virtualizace (IOMMU, SR-IOV, PCI pass-through, virtio, .)

13. Běh programu - kompilátor jazyka C (modifikátor restrict, optimalizace), SIMD

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1] MIT: Performance-engineering-of-software-systems

[2] Oaks, S.: Java Performance: 2nd Edition. O'Reilly, USA 2020.

[3] Jones, R., Hosking, A., Moss, E.: The Garbage Collection Handbook - The Art of Automatic Memory Management. CRC Press, USA 2012.

[4] Herlihy, M., Shavit, N.: The Art of Multiprocessor Programming. Morgan Kaufman, 2008.

[5] Fog, A.: The microarchitecture of Intel, AMD and VIA CPU, 2016.

[6] Drepper U.: What every programmer should know about memory, 2007

[7] Jain, R.: The Art of Computer Systems Performance Evaluation. Wiley, New York 1991. (slides, book)

[8] Lilja, D. J.: Measuring Computer Performance: A Practitioner?s Guide. Cambridge University Press, 2000. (book web site, Supplemental Teaching Materials)

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Open Informatics - Software Engineering (povinný předmět oboru)
• Open Informatics - Computer Engineering (povinný předmět oboru)