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Hot-cold splitting for JIT stencils

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interpreter-core performance topic-JIT type-feature
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Python
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Beschreibung

Feature or enhancement

Proposal:

We have a textual assembly parser for the stencils. It already knows what blocks are cold and what blocks are hot. With that, it's now not too hard to teach it to section-up blocks.

Currently this is _BINARY_OP_ADD_INT:

    // _BINARY_OP_ADD_INT_r23.o:      file format elf64-x86-64
    // 
    // Disassembly of section .text:
    // 
    // 0000000000000000 <_JIT_ENTRY>:
    // 0: 55                            pushq   %rbp
    // 1: 48 83 ec 10                   subq    $0x10, %rsp
    // 5: 48 89 74 24 08                movq    %rsi, 0x8(%rsp)
    // a: 48 89 fb                      movq    %rdi, %rbx
    // d: 4c 89 fd                      movq    %r15, %rbp
    // 10: 4c 89 ff                      movq    %r15, %rdi
    // 13: 48 83 e7 fe                   andq    $-0x2, %rdi
    // 17: 48 89 de                      movq    %rbx, %rsi
    // 1a: 48 83 e6 fe                   andq    $-0x2, %rsi
    // 1e: ff 15 00 00 00 00             callq   *(%rip)                 # 0x24 <_JIT_ENTRY+0x24>
    // 0000000000000020:  R_X86_64_GOTPCRELX   _PyCompactLong_Add-0x4
    // 24: 48 83 f8 01                   cmpq    $0x1, %rax
    // 28: 75 15                         jne     0x3f <_JIT_ENTRY+0x3f>
    // 2a: 49 89 ef                      movq    %rbp, %r15
    // 2d: 48 89 df                      movq    %rbx, %rdi
    // 30: 48 8b 74 24 08                movq    0x8(%rsp), %rsi
    // 35: 48 83 c4 10                   addq    $0x10, %rsp
    // 39: 5d                            popq    %rbp
    // 3a: e9 00 00 00 00                jmp     0x3f <_JIT_ENTRY+0x3f>
    // 000000000000003b:  R_X86_64_PLT32       _JIT_JUMP_TARGET-0x4
    // 3f: 49 89 c7                      movq    %rax, %r15
    // 42: 48 89 ef                      movq    %rbp, %rdi
    // 45: 48 89 de                      movq    %rbx, %rsi
    // 48: 48 83 c4 10                   addq    $0x10, %rsp
    // 4c: 5d                            popq    %rbp

With hot-cold splitting, it will be split into:

_BINARY_OP_ADD_INT_r23.HOT:
    // 0000000000000000 <_JIT_ENTRY>:
    // 0: 55                            pushq   %rbp
    // 1: 48 83 ec 10                   subq    $0x10, %rsp
    // 5: 48 89 74 24 08                movq    %rsi, 0x8(%rsp)
    // a: 48 89 fb                      movq    %rdi, %rbx
    // d: 4c 89 fd                      movq    %r15, %rbp
    // 10: 4c 89 ff                      movq    %r15, %rdi
    // 13: 48 83 e7 fe                   andq    $-0x2, %rdi
    // 17: 48 89 de                      movq    %rbx, %rsi
    // 1a: 48 83 e6 fe                   andq    $-0x2, %rsi
    // 1e: ff 15 00 00 00 00             callq   *(%rip)                 # 0x24 <_JIT_ENTRY+0x24>
    // 0000000000000020:  R_X86_64_GOTPCRELX   _PyCompactLong_Add-0x4
    // 24: 48 83 f8 01                   cmpq    $0x1, %rax
    // 28: 75 15                         jne     0x3f <_JIT_ENTRY+0x3f>
    // 3f: 49 89 c7                      movq    %rax, %r15
    // 42: 48 89 ef                      movq    %rbp, %rdi
    // 45: 48 89 de                      movq    %rbx, %rsi
    // 48: 48 83 c4 10                   addq    $0x10, %rsp
    // 4c: 5d                            popq    %rbp

_BINARY_OP_ADD_INT_r23.COLD:
    // 2a: 49 89 ef                      movq    %rbp, %r15
    // 2d: 48 89 df                      movq    %rbx, %rdi
    // 30: 48 8b 74 24 08                movq    0x8(%rsp), %rsi
    // 35: 48 83 c4 10                   addq    $0x10, %rsp
    // 39: 5d                            popq    %rbp
    // 3a: e9 00 00 00 00                jmp     0x3f <_JIT_ENTRY+0x3f>
    // 000000000000003b:  R_X86_64_PLT32       _JIT_JUMP_TARGET-0x4

Running the current jump inversion and zero length jump removal then gives us:

_BINARY_OP_ADD_INT_r23.HOT:
    // 0000000000000000 <_JIT_ENTRY>:
    // 0: 55                            pushq   %rbp
    // 1: 48 83 ec 10                   subq    $0x10, %rsp
    // 5: 48 89 74 24 08                movq    %rsi, 0x8(%rsp)
    // a: 48 89 fb                      movq    %rdi, %rbx
    // d: 4c 89 fd                      movq    %r15, %rbp
    // 10: 4c 89 ff                      movq    %r15, %rdi
    // 13: 48 83 e7 fe                   andq    $-0x2, %rdi
    // 17: 48 89 de                      movq    %rbx, %rsi
    // 1a: 48 83 e6 fe                   andq    $-0x2, %rsi
    // 1e: ff 15 00 00 00 00             callq   *(%rip)                 # 0x24 <_JIT_ENTRY+0x24>
    // 0000000000000020:  R_X86_64_GOTPCRELX   _PyCompactLong_Add-0x4
    // 24: 48 83 f8 01                   cmpq    $0x1, %rax
    // 28: 75 15                         je    _BINARY_OP_ADD_INT_r23.COLD
    // 3f: 49 89 c7                      movq    %rax, %r15
    // 42: 48 89 ef                      movq    %rbp, %rdi
    // 45: 48 89 de                      movq    %rbx, %rsi
    // 48: 48 83 c4 10                   addq    $0x10, %rsp
    // 4c: 5d                            popq    %rbp

_BINARY_OP_ADD_INT_r23.COLD:
    // 2a: 49 89 ef                      movq    %rbp, %r15
    // 2d: 48 89 df                      movq    %rbx, %rdi
    // 30: 48 8b 74 24 08                movq    0x8(%rsp), %rsi
    // 35: 48 83 c4 10                   addq    $0x10, %rsp
    // 39: 5d                            popq    %rbp
    // 3a: e9 00 00 00 00                jmp     0x3f <_JIT_ENTRY+0x3f>
    // 000000000000003b:  R_X86_64_PLT32       _JIT_JUMP_TARGET-0x4

We then lay out the traces using only the HOT sections and leave the COLD sections at the end. I think this is as good as it gets for machine code flow/layout unless we start writing things by hand.

This builds on https://github.com/python/cpython/pull/142228.

In the future, to reduce the jitted memory even further, we can de-duplicate common cold stencil fragments. E.g. if we see multiple _BINARY_OP_ADD_INT_r23 in a trace, we can all jump to the common _BINARY_OP_ADD_INT_r23.COLD instead of having one copy for each stencil. That should be a separate PR from this however.

I will work on this.

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Erste Schritte

  1. Lies das ganze Issue und danach den Beitragsleitfaden des Projekts.
  2. Schreib ins Issue, dass du es übernimmst — das erspart doppelte Arbeit.
  3. Forke das Repository und arbeite in einem Branch.
  4. Öffne einen Pull Request, der die Issue-Nummer nennt.

Rechercherichtung

Beginne damit, den Parser für textuelle Assemblierung und die in der Proposal beschriebenen bestehenden Durchläufe zur Sprunginversion und Entfernung von Sprüngen der Länge null zu finden. Verfolge, wie Stencil-Blöcke als hot oder cold klassifiziert werden und wie Traces angeordnet werden. Die Aufgabe ist erfüllt, wenn hot- und cold-Abschnitte separat ausgegeben werden, bestehende Sprungtransformationen weiterhin funktionieren und hot-Abschnitte vor cold-Abschnitten angeordnet werden.

Vom Indexierungsmodell aus dem Issue-Text verfasst.

Bewertung

Tech-Stack
python
Bereich
compilers
Issue-Typ
Feature
Schwierigkeit
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Über eine Woche
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Klarheit
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