Fortran: динамические массивы против автоматического массива. Избегание выделения памяти

Question

Профилируя один из наших кодов фортрана, есть две подпрограммы, которые занимают большую часть вычислительного времени (22,1% и 17,2%). В каждой подпрограмме ~5% времени тратится на выделение и освобождение памяти. Эти процедуры выглядят как

MODULE foo

CONTAINS

SUBROUTINE bar( ... )
...
IMPLICIT NONE
...
REAL, ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) :: work
...
ALLOCATE (work(size1,size2))
...
DEALLOCATE (work)
END SUBROUTINE bar
...
END MODULE foo

Эти подпрограммы вызываются порядка 4000-5000 раз в моем тесте, поэтому я хотел бы избавиться от ALLOCATE и DEALLOCATE. Изменение этих параметров на автоматические массивы приводит к изменению вывода профилировщика на.

MODULE foo

CONTAINS

SUBROUTINE bar( ... )
...
IMPLICIT NONE
...
REAL, DIMENSION(size1,size2) :: work
...
END SUBROUTINE bar
...
END MODULE foo

Изменяет результирующий профиль на

Running Time        Symbol Name
20955.0ms  17.0%    __totzsp_mod_MOD_totzsps
    7.0ms   0.0%        malloc
    5.0ms   0.0%        free
    2.0ms   0.0%        user_trap

16192.0ms  13.2%    __tomnsp_mod_MOD_tomnsps
   20.0ms   0.0%        free
    3.0ms   0.0%        malloc
    1.0ms   0.0%        szone_size_try_large

Мне кажется, что gfortran размещает их в стеке, а не в куче, но меня беспокоит, когда это произойдет, когда эти массивы станут слишком большими.

Второй подход, который я использую, состоит в том, чтобы выделить и освободить эти массивы один раз.

work_array.f

MODULE work_array
IMPLICIT NONE

REAL(rprec), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) :: work

END MODULE work_array

Я выделяю их один раз в другой части кода. Теперь моя подпрограмма выглядит так

MODULE foo

CONTAINS

SUBROUTINE bar( ... )
...
USE work_array
IMPLICIT NONE
...
END SUBROUTINE bar
...
END MODULE foo

Однако, когда я запускаю код, профиль ухудшается.

Running Time        Symbol Name
30584.0ms  21.6%    __totzsp_mod_MOD_totzsps
 3494.0ms   2.4%        free
 3143.0ms   2.2%        malloc
   27.0ms   0.0%        DYLD-STUB$$malloc_zone_malloc
   19.0ms   0.0%        szone_free_definite_size
    6.0ms   0.0%        malloc_zone_malloc

24325.0ms  17.1%    __tomnsp_mod_MOD_tomnsps
 2937.0ms   2.0%        free
 2456.0ms   1.7%        malloc
   23.0ms   0.0%        DYLD-STUB$$malloc_zone_malloc
    3.0ms   0.0%        szone_free_definite_size

Откуда эти лишние мальлоки и освобождения? Как я могу настроить это так, чтобы я выделил эти массивы один раз?

Answer 1

Так как work массив используется только внутри bar подпрограмму, вы можете добавить save приписать его и выделить его, когда подпрограмма вызывается в первый раз. Если work1 или же work2 отличается от предыдущих вызовов, в этом случае вы можете просто перераспределить массив.

Это оставляет проблему освобождения, когда подпрограмма больше не нужна. Если вам нужно вызывать его в течение всего времени жизни программы, это не проблема, так как ОС должна освободить память при выходе из программы. С другой стороны, если вам это нужно только во время инициализации, память останется выделенной, даже если она не нужна. Может быть, вы можете добавить в подпрограмму аргумент, который говорит ей освободить work массив, если использование памяти является проблемой.

Answer 2

Если вы можете обойтись одним выделением при инициализации программы, то нет никаких оснований для определения массива как выделяемого. Поместите это в общее.

Если вам нужен только фиксированный размер, но вы не знаете этот размер до времени выполнения, вам нужно будет использовать окончательный вариант - одно выделение при инициализации. Однако не имеет смысла, что это увеличило удар производительности распределения. Мне нужно увидеть определение и код распределения, чтобы сказать больше.

Поскольку выделяется виртуальная память, "использование памяти" на самом деле не является проблемой, если только массив не настолько велик, что влияет на доступное адресное пространство.