更新到 Ubuntu 14.04 后重建的 Fortran 代码速度是原来的两倍

Question

在将操作系统更新到 Ubuntu 14.04 并使用 Gfortran 4.8.2 重新构建后，我们的并行 Fortran 程序的运行速度要慢两倍多。不幸的是，不再可能测量代码的哪些部分变慢了（除非降级操作系统），因为在旧操作系统下编译时我没有为 gprof 保存任何分析信息。

因为该程序进行了大量的矩阵求逆，我猜想一个库（LAPACK？）或编程接口（OpenMP？）已经在 Ubuntu 12 和 14 之间进行了更新，从而减慢了一切。我相信这是一个普遍的问题，这里的人可能已经知道了。除了降级到 Ubuntu 12 或 13 之外，还有哪些解决方案可以恢复到快速的 Fortran 代码？

所有库都是使用 apg-get 从存储库安装的，因此，当我使用 apt-get dist-upgrade 升级系统时，它们也应该升级，但是我可以检查它们是否确实是最新版本和/或构建他们从头开始。

我遵循 Steabert 的建议并分析了当前代码：我使用 gfortran -pg 重新编译并使用 gprof 检查性能。该程序在调用一些旧的 F77 子例程时速度慢得令人怀疑，我将其转换为 f90 并没有提高性能。我使用了建议的标志并比较了一个程序迭代的时间：标志-fno-aggressive-loop-optimizations、-llapack 和-lblas 没有产生任何显着的性能改进。标志 -latlas、-llapack_latlas 和 -lf77blas 未编译（/usr/bin/ld: cannot find -lf77blas 等），即使库存在并且位于正确的路径中。编译器标志播放和性能分析都表明我的第一个猜测（减速与矩阵反转、LAPACK 等有关）是错误的。看起来速度变慢的部分代码没有执行繁重的线性代数。使用objdump my_exec -s 我发现我的程序最初是在操作系统升级之前使用 gfortran 4.6.3 编译的。而不是使用当前的 gfortran (4.8.2)。我现在可以尝试用旧的编译器编译代码。

Answer 1

这可能不是 100% 令人满意的答案，但它解决了我的性能问题。所以这里是：

我决定使用 GDB（Valgrid 不适合我）：我使用标志 -g 编译，使用“gdb myprogramname”执行，在 GDB 提示符下键入“run”以执行程序，使用 ctr+C 暂停，使用“信息线程”检查线程在做什么，然后按“继续”继续。我随机地做了几次，以在程序大部分时间花费的地方进行某种统计。这很快证实了 gprof 之前的发现，即我的程序在我翻译成 f90 的函数上投入了大量时间。但是，现在我还发现，在这个函数中花费特别长时间的数学运算是求幂，正如对 C 函数 e_powf.c 的调用所暗示的那样。我的函数（海水状态方程）有很多高阶多项式，如T**3、T**4。为了避免调用 e_powf.c 并查看这是否提高了代码的性能，我将 T**2 类型的所有术语更改为 T*T； T**3 到 T*T*T 等。这是一个函数的摘录：

!          RW =     999.842594 + 6.793952E-2*T - 9.095290E-3*T**2+ 1.001685E-4*T**3 - 1.120083E-6*T**4 + 6.536332E-9*T**5

现在怎么样了：

 RW =     999.842594 + 6.793952E-2*T - 9.095290E-3*T*T+ 1.001685E-4*T*T*T - 1.120083E-6*T*T*T*T + 6.536332E-9*T*T*T*T*T

因此，我的程序再次以两倍的速度运行（即，就像我升级操作系统之前一样）。虽然这解决了我的性能问题，但我不能 100% 确定它是否真的与操作系统升级或从 4.6.3 到 4.8.2 的编译器更改有关。虽然目前的性能类似于预操作系统升级确实表明它应该是。

不幸的是，“locate e_powf”在我的系统中没有产生任何结果，似乎该函数是 gfortran 编译器的二进制部分，但没有给出源代码。通过谷歌搜索，似乎 e_powf.c 本身最近似乎没有更新（我猜，像 http://koala.cs.pub.ro/lxr/#glibc/sysdeps/ieee754/flt-32/e_powf.c 这样在 Internet 上出现的情况），所以如果从 Ubuntu 12 到 14 或从 gfortran 4.6.3 到 4.8 .2 这个函数的使用方式似乎有些微妙。

因为我在互联网上发现了一些关于是否使用 T*T 而不是 T**2 等的讨论应该带来一些性能改进，并且大多数人似乎对此持怀疑态度（例如：http://computer-programming-forum.com/49-fortran/6b042075d8c77a4b.htm ；或者在stackoverflow：Tips and tricks on improving Fortran code performance）我仔细检查了我的发现，所以我可以说我非常确定使用变量的产品（并避免像这样调用 e_powf.c）比求幂更快，至少在 gfortran 4.8.2 中（无论是什么原因）。

非常感谢所有评论的人，这对我很有帮助，我学到了很多！

Answer 2

RW =     999.842594 + 6.793952E-2*T - 9.095290E-3*T*T+ 1.001685E-4*T*T*T - 1.120083E-6*T*T*T*T + 6.536332E-9*T*T*T*T*T

如果您需要进一步改进，您可以将上面的行写为：

T2=T*T
T3=T2*T
T4=T3*T
T5=T4*T
RW=999.842594 + 6.793952E-2*T - 9.095290E-3*T2+ 1.001685E-4*T3 - 1.120083E-6*T4 + 6.536332E-9*T5