Lua调用C函数的表现答案

【问题标题】：Performance of Lua calling C functionLua调用C函数的表现
【发布时间】：2023-03-24 20:53:01
【问题描述】：

我注意到我的 C 程序的性能因 -fPIC 标志而异。当我使用它时，我的程序比没有它时慢 30%。我将它与调用 C 函数的 Lua 程序进行比较（所有繁重的计算都完成了）。首先，我使用 C 函数创建了一个共享对象，因此必须使用 -fPIC 标志。性能与带有 -fPIC 标志的 C 代码非常相似。所以现在我尝试在没有 .so 的情况下做同样的事情：我从 C 调用 Lua：

int main()
{
    lua_State* L = luaL_newstate();
    luaL_openlibs(L);
    lua_register(L, "my_c_function", my_c_function);
    luaL_dofile(L, "my_lua_program.lua");
    lua_close(L);
    return 0;
}

但是无论我是否使用 -fPIC 标志，这里的性能都是相同的（并且与使用 .so 的方法相同）。我期待在没有 -fPIC 标志的情况下有所改进......关于如何进一步调查它的任何建议？第二种方法是否仍然创建与位置无关的代码，这就是性能相似的原因？谢谢！

更多信息，如评论所建议：我使用 -O3 标志、gcc 4.7.2、Ubuntu 12.04.2、x86_64。是的，我对这么大的开销感到非常惊讶……我的程序正在计算 Mandelbrot 分形。所以有两个循环遍历 x 和 y，我在 C 中的函数是 isMandelbrot：它需要迭代次数并返回 bool：是否属于 Mandelbrot 集。我将共享对象与“require”一起使用。

【问题讨论】：

您使用了哪些确切的编译标志？什么版本的编译器？什么平台和系统？什么处理器架构？位置无关代码的 30% 开销似乎是可疑的（通常是百分之几）。你的my_c_function 是做什么的？如果可能，显示它的源代码......你如何加载你的共享对象？
@Basile Starynkevitch - 谢谢。我用更多信息更新了这个问题。源代码的哪一部分有用？这是一个小程序，但我想在发布之前我需要做得更小。
其实你的问题让我意识到为什么第二个版本没有显示出任何改进：我在 lua 代码中留下了'require'语句，所以仍然调用共享对象....不解释为什么 -fPIC 开销如此之大，但我想这应该在另一个问题中解决。再次感谢。
如果可能，仔细检查 C 代码是如何编译的，显示确切的编译命令和实际代码。您的my_c_function 多久打一次电话？它运行多长时间？我对你 30% 的数字感到非常惊讶。
@Basile Starynkevitch 我发布了一个单独的问题（因为故事的 lua 部分不再相关），其中包含所有详细信息 here。

标签： c performance gcc lua

【解决方案1】：

我认为您运行的代码是 x86。该平台在使用 -fPIC 时存在性能问题，其中任何导入函数的位置都需要找到本地 eip。执行此操作的代码为函数增加了一点开销。可惜lua里面有很多非常小的函数，会增加相对开销。

在 x64 上 -fPIC 没有这个开销。

【讨论】：

【解决方案2】：

好吧，首先，如果你用 c 程序或用 lua 调用 c 程序几乎没有区别，但是，每次创建 c 程序时，你都是在创建一个独立的程序，所有系统头文件都要弹出，然后，在它完成正在做的事情之后，它会报告价值。我的观点是，问题可能不是“调用”函数，而是多少和多快，因为在调用程序之后还有很多事情要做。

o3 优化标志不是很健康，所以如果你这样做了一次，你可能还想尝试 -Ofast，只是不要使用 -Os 它可能只会让事情变得更糟......

提高性能的最简单方法就是优化 c 代码，您可能想在编译期间尝试优化标志。 Here 是一大堆标志和大量关于 GCC 编译器下的标志的文档。请注意，并非所有这些都是安全的，也并非所有这些都是真正需要的，因此请分析您的代码并仅选择您需要的那些。

第二种优化代码的方法被认为有点困难。您可能希望在启动 lua 脚本的同时启动 C 程序，然后在运行时（并行）交换信息，这样您每次调用时都不需要调用整个程序来显示它

第三种，最难的方法，让您的 C 代码创建 n 个线程，其中 n

如果你不介意，C/c++ 代码擅长数学，但有更好的语言可以让你获得更高的性能，比如 Fortran、APL、Matlab、Haskel、R，或者如果你足够疯狂并且你有对数学问题有很好的了解 - 使用 GPU 而不是 CPU -> 着色器语言，我也将它们用于一些奇怪的东西，甚至不接近图形，但它对我有用。

【讨论】：

"用 c 程序或用 lua 调用 c 程序几乎没有区别" 不。从 Lua 调用的 C 函数可能需要与 Lua 堆栈交互。还有解释器开销。
"每次创建 c 程序时，您都在制作整个独立程序，所有系统头文件都会弹出，然后，在完成正在执行的操作后，它会报告返回值。"不。当你从 Lua 调用 C 函数时，你绝对不是在创建一个单独的进程。
如果你已经创建了进程是的，这只是关于调用函数并等待结果，更早或晚你需要创建“进程”。函数不能凭空调用——没有系统依赖的操作堆栈——你需要程序或进程来保存关于每个东西的信息，然后你可以在这个进程上调用函数。此外，没有解释器开销之类的东西 - itnerpreter 只是调用函数并等待，我们正在讨论我们需要从这个函数中获得结果