使用Intel编译器(4)IPO(1)IPO了解和使用

参考手册：

http://software.intel.com/sites/products/documentation/studio/composer/en-us/2011Update/compiler_c/index.htm

说明：本系列文章为个人笔记，如有不正确之处，请参考官方相关文档，如果错误发现，我会尽量更新修改。另外，以下内容不保证对于所有版本的编译器都正确，编译器的实现也可能有一些变化之处，具体参考官方文档。

更多说明请参考http://blog.csdn.net/gengshenghong/article/details/7034748中补充说明部分。

类似博文可以参考：

http://software.intel.com/zh-cn/blogs/2010/08/13/ipo/

http://software.intel.com/zh-cn/blogs/2010/08/16/ipo-2/

(1)  了解IPO的功能

IPO是Intel编译器的另一个主要优化技术，即Interprocedural Optimizations，过程间优化。

对于包含许多常用中、小函数的程序，特别是循环内包含调用的程序，IPO 可以极大地提高应用程序性能。

IPO对程序进行静态的拓扑的分析(Interprocedural optimizations performs a static, topological analysis of your application!)

IPO优化的内容主要有：
Enabled optimizations:
• Procedure inlining (reduced function call overhead)
• Interprocedural dead code elimination, constant propagation and procedure reordering
• Enhances optimization when used in combination with other compiler features

当然，IPO优化也会包含很多基本的优化技术，比如内联这些，但是IPO是一种过程间的代码分析，会对代码进行全局的分析，可以简单理解为对于一些优化，能进一步优化，比如进一步内联等，下面还会分析IPO的流程。另外，IPO也会受到其它选项影响，比如/Qx、PGO优化（后面会讨论PGO，PS：结合PGO使用IPO，能更好的进行过程间优化，因为PGO是一个动态反馈的过程，IPO能获得更多的程序运行信息）

(2) IPO的流程

IPO 过程要求首先使用 IPO 选项编译源文件，然后创建包含供编译器使用的中间语言 (IL) 的目标 (.o) 文件。进行链接时，编译器合并所有的 IL 信息，并通过分析找出其中有待优化的地方。IPO 过程中所采取的典型优化措施包括：过程内嵌与重新排序、消除死（执行不到的）代码以及常数传播，也就是使用已知的值代替常数。由于添加了多个过程的上下文，可以安全地执行更进一步的优化，因此IPO 可以在过程内级别上执行进一步的优化。

很显然，内联，重新排序，常熟传播等这些都是一些基本的优化术语了，即使是HLO或其它的选项也会包含这些优化技术，但是不同的优化（HLO、IPO等）对这些基本优化可能存在更进一步的作用，或者配合使用会得到更好的效果，比如IPO就会在.o文件中增加一些IL信息，从而能更好的优化，如果使用了PGO，编译器还能得到一些程序运行的反馈信息，就能再进一步对IPO得到更好的优化。

(3) IP和IPO

IPO，过程间优化，其实分为两类，IP和IPO。IP优化只针对单个源文件的模块之间的优化，而IPO优化则提供了多个源文件的模块之间的优化。这一点就比较容易理解了。

(4) IPO基本选项的使用

关键还是如何使用IPO，IPO的基本选项主要有：

/Qip和/Qipo：使用ip或ipo优化。

/Qopt-reportn（/Qopt-report-file、/Qopt-report-help、/Qopt-report-phase、/Qopt-report-routine）：输出报告。说明：这些函数都是用于和输出优化报告有关的，而且，这里的几个选项输出的报告是所有优化的报告，而不仅仅是IPO的报告。对于auto-par和auto-vec两种优化，前面介绍了其专有的优化报告的选项，而opt-report是所有优化的报告的集合，后面的PGO等也是适用的。

(5) IPO的流程2

上面已经分析了IPO的流程，下面从选项的角度再次分析一下IPO的“流程”。

对于IPO优化，分为两个阶段：编译和链接。编译得到的输出不是一般的二进制的.o文件，而是mock object（带有IL/IR信息的.o文件）（可参考上面给出的类似博文的链接的文章内容）。那么，如果要分开编译和链接，其选项是什么呢？

编译：icl /Qipo /c a.cpp b.cpp c.cpp

Intel编译器在使用IPO对每一个源文件进行编译的时候，不会产生真正的.o文件，只会输出含有IL的mock object信息文件，这些mock objects会比正常的.o文件大很多，这也很好理解，中间包含了很多用于IR信息。

那么，如果希望能输出一个“正常的“中间文件呢，可以使用/Qipo-c选项。这个选项告诉编译器生成真正的obj文件。另外，由于IPO是多个文件之间的分析，所以如果要生成obj文件，只会生成一个，而不会像一般的编译一样为每个文件生成一个obj文件，icl生成的obj命名为ipo_out.obj，类似的如果使用/FA输出asm文件，也会生成ipo_out.asm，Linux上-ipo-S生成汇编。

链接：icl /Qipo a.o b.o c.o或xilink /Qipo a.o b.o c.o

需要注意的是，由于编译后的.o文件并不是真正的obj文件，只能使用Intel的编译器或者链接器来链接，不能使用第三方的编译器（如VS的link.exe，GNU的ld等，PS：对于没有使用IPO优化的中间文件，Intel编译器产生的中间文件是兼容VS和GNU的，所以可以使用它们链接）。所以，对于使用makefile来编译的时候，如果使用了IPO，要注意对应的修改链接器、打包器（xiar for Linux）等等。

(6) IPO性能相关的问题

IPO优化和其它优化选项结合（PGO、HLO、auto-vec等等）一起使用效果会更好，IPO可能为其他的优化提供信息，其它的优化选项也可能对IPO有好处。

IPO对C程序的优化效果可能比C++更好，是因为编译器对C++默认开启了intra-file内联（文件内内联，IP优化），而对于C程序默认没有开启。

可以对程序的一部分（模块）进行IPO优化，另一部分（模块）不使用IPO优化，当然，对整个程序进行IPO优化得到的优化效果是最好的，参考下面的”对大文件/程序采用IPO优化的选项“。

(7) 对大文件/程序采用IPO优化的选项

上面已经说到，IPO只为链接生成一个obj文件（非mock obj），对于一些工程比较大的程序，如果生成一个mock obj文件，可能会有一些问题，可能导致无法使用IPO选项（其实简单的理解，工程太大，生成一个obj文件，那么obj文件可能会太大，超过操作系统可以允许的文件大小）。编译器提供了两个方法来避免这个问题：一种是自动的方式，编译器根据自己的经验来决定生成多少个obj文件；一个是手动的，用户告诉编译器生成多少个obj文件。具体选项如下：

/QipoN：当N为0的时候，和不指定N的效果一样，就是上面的/Qipo选项了，这时候编译器会根据自己的经验生成1个或多个obj文件（所以，反过来说，上面(5)部分对/Qipo的描述都是针对小文件的）；当N大于0的时候，编译器生成N个obj文件；当N大于源文件数目的时候，编译器为每一个文件生成一个obj文件，不会生成更多的obj文件。说明：对于N个obj文件，生成的文件命名为ipo_out.obj,ipo_out1.obj,ipo_out2.obj....ipo_objN-1.obj。

/Qipo-separate：如果源文件数目为M，那么相当于/QipoM了，让编译器为每一个源文件生成一个obj文件，也就是生成最多的obj文件数。

/Qipo-jobs:n：这个选项对IPO链接时候指定同时运行的命令或任务数目。简单理解，就是并行的处理obj文件。当然，这个选项会受到上面这些选项的影响，另外，使用这个选项要注意，n不要超过处理器数目，并且保证系统有足够的内存，否则可能会反而增加链接的时间。

总结：这里了解了IPO的基本内容，对于一般的应用都没有问题了，如果还有其它问题，在后面再继续讨论。