Std:: tan() очень медленно после обновления glibc

У меня есть программа на С++, которая вызывает множество функций триггера. Он работает отлично уже более года. Недавно я установил gcc-4.8 и в то же самое время обновил glibc. Это привело к замедлению моей программы почти на коэффициент x1000. Использование gdb Я обнаружил, что причиной замедления был вызов std:: tan(). Когда аргумент является либо pi, либо pi/2, функция занимает очень много времени.

Здесь MWE, который воспроизводит проблему, если скомпилирован без оптимизации (реальная программа имеет ту же проблему как с флагом -O2, так и без него).

#include <cmath>

int main() {
    double pi = 3.141592653589793;
    double approxPi = 3.14159;
    double ret = 0.;

    for(int i = 0; i < 100000; ++i) ret = std::tan(pi); //Very slow
    for(int i = 0; i < 100000; ++i) ret = std::tan(approxPi); //Not slow
}

Здесь образец backtrace из gdb (полученный после прерывания программы случайным образом с помощью Ctrl + c). Начиная с вызова в tan, обратная трассировка одинакова в MWE и моей реальной программе.

#0  0x00007ffff7b1d048 in __mul (p=32, z=0x7fffffffc740, y=0x7fffffffcb30, x=0x7fffffffc890) at ../sysdeps/ieee754/dbl-64/mpa.c:458
#1  __mul (x=0x7fffffffc890, y=0x7fffffffcb30, z=0x7fffffffc740, p=32) at ../sysdeps/ieee754/dbl-64/mpa.c:443
#2  0x00007ffff7b1e348 in cc32 (p=32, y=0x7fffffffc4a0, x=0x7fffffffbf60) at ../sysdeps/ieee754/dbl-64/sincos32.c:111
#3  __c32 (x=<optimized out>, y=0x7fffffffcf50, z=0x7fffffffd0a0, p=32) at ../sysdeps/ieee754/dbl-64/sincos32.c:128
#4  0x00007ffff7b1e170 in __mptan (x=<optimized out>, mpy=0x7fffffffd690, p=32) at ../sysdeps/ieee754/dbl-64/mptan.c:57
#5  0x00007ffff7b45b46 in tanMp (x=<optimized out>) at ../sysdeps/ieee754/dbl-64/s_tan.c:503
#6  __tan_avx (x=<optimized out>) at ../sysdeps/ieee754/dbl-64/s_tan.c:488
#7  0x00000000004005b8 in main ()

Я попытался запустить код (как MWE, так и реальную программу) на четырех разных системах. Два из них находятся в кластерах, где я запускаю свой код. Два моих ноутбука. MWE работает без проблем на одном из кластеров и одном ноутбуке. Я проверил, какую версию libm.so.6 использует каждая система в случае, если это необходимо. В следующем списке показано описание системы (взято из cat /etc/*-release), независимо от того, является ли процессор 32 или 64 бит, является ли MWE медленным, и, наконец, результат работы /lib/libc.so.6 и cat /proc/cpuinfo.

  • SUSE Linux Enterprise Server 11 (x86_64), 64 бит, используя libm-2.11.1.so(MWE быстро)
GNU C Library stable release version 2.11.1 (20100118), by Roland McGrath et al.
Copyright (C) 2009 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.
There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A
PARTICULAR PURPOSE.
Configured for x86_64-suse-linux.
Compiled by GNU CC version 4.3.4 [gcc-4_3-branch revision 152973].
Compiled on a Linux 2.6.32 system on 2012-04-12.
Available extensions:
        crypt add-on version 2.1 by Michael Glad and others
        GNU Libidn by Simon Josefsson
        Native POSIX Threads Library by Ulrich Drepper et al
        BIND-8.2.3-T5B
For bug reporting instructions, please see:
<http://www.gnu.org/software/libc/bugs.html>.

processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 63
model name      : Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2680 v3 @ 2.50GHz
stepping        : 2
microcode       : 53
cpu MHz         : 1200.000
cache size      : 30720 KB
physical id     : 0
siblings        : 24
core id         : 0
cpu cores       : 12
apicid          : 0
initial apicid  : 0
fpu             : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level     : 15
wp              : yes
flags           : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss ht tm pbe syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon pebs bts rep_good xtopology nonstop_tsc aperfmperf pni pclmulqdq dtes64 monitor ds_cpl vmx smx est tm2 ssse3 fma cx16 xtpr pdcm pcid dca sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand lahf_lm abm ida arat epb xsaveopt pln pts dts tpr_shadow vnmi flexpriority ept vpid fsgsbase bmi1 avx2 smep bmi2 erms invpcid
bogomips        : 5000.05
clflush size    : 64
cache_alignment : 64
address sizes   : 46 bits physical, 48 bits virtual
power management:
  • CentOS release 6.7 (Final), 64 бит, с использованием libm-2.12.so(MWE медленный)
GNU C Library stable release version 2.12, by Roland McGrath et al.
Copyright (C) 2010 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.
There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A
PARTICULAR PURPOSE.
Compiled by GNU CC version 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-16).
Compiled on a Linux 2.6.32 system on 2015-09-22.
Available extensions:
        The C stubs add-on version 2.1.2.
        crypt add-on version 2.1 by Michael Glad and others
        GNU Libidn by Simon Josefsson
        Native POSIX Threads Library by Ulrich Drepper et al
        BIND-8.2.3-T5B
        RT using linux kernel aio
libc ABIs: UNIQUE IFUNC
For bug reporting instructions, please see:
<http://www.gnu.org/software/libc/bugs.html>.

processor       : 0
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 26
model name      : Intel(R) Xeon(R) CPU           E5507  @ 2.27GHz
stepping        : 5
cpu MHz         : 1596.000
cache size      : 4096 KB
physical id     : 0
siblings        : 4
core id         : 0
cpu cores       : 4
apicid          : 0
initial apicid  : 0
fpu             : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level     : 11
wp              : yes
flags           : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss ht tm pbe syscall nx rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon pebs bts rep_good xtopology nonstop_tsc aperfmperf pni dtes64 monitor ds_cpl vmx est tm2 ssse3 cx16 xtpr pdcm dca sse4_1 sse4_2 popcnt lahf_lm tpr_shadow vnmi flexpriority ept vpid
bogomips        : 4533.16
clflush size    : 64
cache_alignment : 64
address sizes   : 40 bits physical, 48 bits virtual
power management:
  • Ubuntu exact (12.04.5 LTS), 64 бит, используя libm-2.15.so(мой первый ноутбук, MWE медленный)
GNU C Library (Ubuntu EGLIBC 2.15-0ubuntu10.15) stable release version 2.15, by Roland McGrath et al.
Copyright (C) 2012 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.
There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A
PARTICULAR PURPOSE.
Compiled by GNU CC version 4.6.3.
Compiled on a Linux 3.2.79 system on 2016-05-26.
Available extensions:
    crypt add-on version 2.1 by Michael Glad and others
    GNU Libidn by Simon Josefsson
    Native POSIX Threads Library by Ulrich Drepper et al
    BIND-8.2.3-T5B
libc ABIs: UNIQUE IFUNC
For bug reporting instructions, please see:
<http://www.debian.org/Bugs/>.

processor   : 0
vendor_id   : GenuineIntel
cpu family  : 6
model       : 42
model name  : Intel(R) Core(TM) i7-2620M CPU @ 2.70GHz
stepping    : 7
microcode   : 0x1a
cpu MHz     : 800.000
cache size  : 4096 KB
physical id : 0
siblings    : 4
core id     : 0
cpu cores   : 2
apicid      : 0
initial apicid  : 0
fpu     : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level : 13
wp      : yes
flags       : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss ht tm pbe syscall nx rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon pebs bts rep_good nopl xtopology nonstop_tsc aperfmperf pni pclmulqdq dtes64 monitor ds_cpl vmx smx est tm2 ssse3 cx16 xtpr pdcm pcid sse4_1 sse4_2 x2apic popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx lahf_lm ida arat epb xsaveopt pln pts dtherm tpr_shadow vnmi flexpriority ept vpid
bogomips    : 5387.59
clflush size    : 64
cache_alignment : 64
address sizes   : 36 bits physical, 48 bits virtual
power management:
  • Ubuntu exact (12.04.5 LTS), 32 бит, используя libm-2.15.so(мой второй ноутбук, MWE быстр)
GNU C Library (Ubuntu EGLIBC 2.15-0ubuntu10.12) stable release version 2.15, by Roland McGrath et al.
Copyright (C) 2012 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.
There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A
PARTICULAR PURPOSE.
Compiled by GNU CC version 4.6.3.
Compiled on a Linux 3.2.68 system on 2015-03-26.
Available extensions:
    crypt add-on version 2.1 by Michael Glad and others
    GNU Libidn by Simon Josefsson
    Native POSIX Threads Library by Ulrich Drepper et al
    BIND-8.2.3-T5B
libc ABIs: UNIQUE IFUNC
For bug reporting instructions, please see:
<http://www.debian.org/Bugs/>.

processor    : 0
vendor_id    : GenuineIntel
cpu family    : 6
model        : 15
model name    : Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU     T5800  @ 2.00GHz
stepping    : 13
microcode    : 0xa3
cpu MHz        : 800.000
cache size    : 2048 KB
physical id    : 0
siblings    : 2
core id        : 0
cpu cores    : 2
apicid        : 0
initial apicid    : 0
fdiv_bug    : no
hlt_bug        : no
f00f_bug    : no
coma_bug    : no
fpu        : yes
fpu_exception    : yes
cpuid level    : 10
wp        : yes
flags        : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss ht tm pbe nx lm constant_tsc arch_perfmon pebs bts aperfmperf pni dtes64 monitor ds_cpl est tm2 ssse3 cx16 xtpr pdcm lahf_lm dtherm
bogomips    : 3989.79
clflush size    : 64
cache_alignment    : 64
address sizes    : 36 bits physical, 48 bits virtual
power management:

Надеюсь, мне удалось предоставить достаточную справочную информацию. Это мои вопросы.

  • Почему std:: tan() медленно поворачивается?
  • Есть ли способ восстановить его до нормальной скорости?

Я бы очень предпочел решение, которое не требует установки/замены набора библиотек. Это может работать на моем ноутбуке, но у меня нет необходимых разрешений для узлов кластера.

Обновление # 1: Я удалил свое наблюдение о прохождении констант до загара, как это объяснил Сэм Варшавчик. Я добавил результат работы /lib/libc.so.6 в свой системный список. Также добавлена ​​четвертая система. Что касается синхронизации, здесь выводится вывод работы time ./mwe с циклом pi (approxPi).

real    0m11.483s
user    0m11.465s
sys 0m0.004s

Здесь он находится в цикле approxPi (pi).

real    0m0.011s
user    0m0.008s
sys 0m0.000s

Обновление # 2: Для каждой системы добавляется, является ли процессор 32 или 64 бит, а также вывод cat /proc/cpuinfo для первого ядра.

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Точность для трансцендентных функций (таких, как тригонометрические функции и экспоненты) всегда была проблемой 1.

Почему некоторые вызовы функций триггера медленнее других

Для многих аргументов тригонометрических функций существует быстрое приближение, которое дает очень точный результат для большинства аргументов. Однако для некоторых аргументов аппроксимация может быть весьма радикальной. Таким образом, необходимо использовать более точные методы, но они занимают гораздо больше времени (как вы заметили).

Почему теперь новая библиотека будет медленнее?

Долгое время Intel вводила вводящие в заблуждение утверждения о точности его плавающих версий тригонометрических функций, говоря, что они были гораздо точнее, чем они были на самом деле 2. Настолько же, что glibc обычно имел sin(double) в качестве обертки вокруг fsin(float) 3. Вероятно, вы обновили версию glibc, которая исправила эту ошибку. Я не могу говорить о AMD libm, но, вероятно, он все еще полагается на неверные утверждения о точности вокруг плавающих версий тригонометрических функций 4, 5.

Что делать

Если вы хотите скорость и не слишком суетитесь о точности, используйте float-версию tan (ftan). В противном случае, если вам нужна точность, вы застряли с использованием более медленных методов. Лучшее, что вы можете сделать, это кэшировать результат tan(pi) и tan(pi/2) и использовать предварительно вычисленные значения, если вы считаете, что вам могут понадобиться.