<style>

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color: white;
}

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}

.dollar{
color: cyan;
font-size:125%
}

</style>

# 2016q3 Homework1 (raytracing)

contributed by <`Jim00000`>

## 作業說明

* [成大wiki](http://wiki.csie.ncku.edu.tw/sysprog/schedule)
* [A02: raytracing](https://hackmd.io/s/B1W5AWza)
* [2016q3 Homework1 (作業區)](https://hackmd.io/s/H1B7-hGp)

## 設定目標

- [x] 學習gprof
- [x] 學習gcov
- [ ] 善用loop unrolling
- [ ] 善用POSIX Thread
- [ ] 善用OpenMP
- [ ] 善用software pipelining

## 開發環境

ubuntu 16.04 LTS
<font class="dollar">$ </font><font class="shell" >lscpu</font>

Architecture:          x86_64
CPU 作業模式：    32-bit, 64-bit
Byte Order:            Little Endian
CPU(s):                8
On-line CPU(s) list:   0-7
每核心執行緒數：2
每通訊端核心數：4
Socket(s):             1
NUMA 節點：         1
供應商識別號：  GenuineIntel
CPU 家族：          6
型號：              58
Model name:            Intel(R) Core(TM) i7-3630QM CPU @ 2.40GHz
CPU MHz：             1263.750
CPU max MHz:           3400.0000
CPU min MHz:           1200.0000
BogoMIPS:              4789.11
虛擬：              VT-x
L1d 快取：          32K
L1i 快取：          32K
L2 快取：           256K
L3 快取：           6144K
NUMA node0 CPU(s):     0-7

## 學習gprof

* 參考文章：https://sourceware.org/binutils/docs/gprof/

範例程式：

#include <stdio.h>
#define ITER 20

int increment(const int num);

int main(void)
{
    int num = 0;
    for(int i = 0; i < ITER ; i++){
        num += increment(num);
    }
    return 0;
}

int increment(const int num)
{
    return num + 1;
}

然後在編譯時加入下列編譯器指令<font class="shell"> -g -pg </font>
編譯範例：<font class="dollar">$</font><font class="shell">gcc -std=gnu99 -g -Wall -Wextra -O0 -pg -c main.c -o main.o</font>

如果有使用shared library要加入<font class="shell">-static-libgcc</font>

讓程式執行一次產生gmon.out檔，再使用gprof
<font class="dollar">$</font><font class="shell">gprof a.out</font>

  %   cumulative   self              self     total           
 time   seconds   seconds    calls  Ts/call  Ts/call  name    
  0.00      0.00     0.00       20     0.00     0.00  increment

我們需要觀察的一些要素是time，self seconds，calls和name
* time
* 程式使用在此函式所花的時間百分比
* self seconds
* 程式使用在此函式所花的時間

可以加入<font class="shell">-Q</font>讓gprof產生比較簡潔的資訊

也有Line By Line Profiling的選項
加入<font class="shell">-l</font>讓每個function後出現在source file的哪裡被使用

  %   cumulative   self              self     total           
 time   seconds   seconds    calls  Ts/call  Ts/call  name    
  0.00      0.00     0.00       20     0.00     0.00  increment (main.c:17 @ 400671)

使用gcov程式來分析Line By Line Profiling會是更恰當的方法

簡而言之可以使用gprof找出程式熱點所在，並找出特定佔有高百分比時間的函式做改善

## 學習gcov

參考資料：https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Gcov.html

gcov是一個用來測試code coverage的工具，以下節錄自官方對gcov功能的定義
* how often each line of code executes
* what lines of code are actually executed
* how much computing time each section of code uses

網站推薦與gprof搭配使用，很顯然地，gcov適合用來分析小範圍的code，而gprof分析整體程式的效能

使用gcov的話就不能開啟編譯器最佳化，程式碼也須少用marco

使用方式如下：

<font class="dollar">$</font><font class="shell">gcc -O0 -fprofile-arcs -ftest-coverage main.c</font>

<font class="dollar">$</font><font class="shell">./a.out</font>

<font class="dollar">$</font><font class="shell">gcov main.c</font>

以上步驟可以產生出main.c.gcov的分析檔

        -:    0:Source:main.c
        -:    0:Graph:main.gcno
        -:    0:Data:main.gcda
        -:    0:Runs:1
        -:    0:Programs:1
        -:    1:#include <stdio.h>
        -:    2:
        -:    3:#define ITER 20
        -:    4:
        -:    5:int increment(const int num);
        -:    6:
        1:    7:int main(void)
        -:    8:{
        1:    9:	int num = 0;
       21:   10:	for(int i = 0; i < ITER ; i++){
       20:   11:		num += increment(num);
        -:   12:	}
        1:   13:	return 0;
        -:   14:}
        -:   15:
       20:   16:int increment(const int num)
        -:   17:{
       20:   18:	return num + 1;
        -:   19:}

這檔案就很有分析價值了，可以針對程式的小細節做最佳化
當然，還有一些參數指令可以下
* -b
* 可以查看branch