使用可分配数组的性能损失

Question

我有一个 Fortran90 程序 (Packmol)，直到它是通过静态内存分配实现的。

我将代码更改为使用动态分配，以便在开始时分配所有数组。在某些示例中，我的性能损失了 400%。

然后，我验证了即使数组的大小与我使用静态分配时的大小相同，问题仍然存在。也就是说，如果我将分配更改为 类似 That 的内容，则足以导致性能损失。当然，当所有需要动态分配的数组都这样做时，大约有 30 个。 double precision :: x(1000) double precision, allocatable :: x(:) allocate(x(1000))

有没有办法以更有效的方式分配数组以减少性能损失？或者有人有不同的建议？

非常感谢。

编辑：不知何故，问题得到了解决。动态版本现在只比静态版本慢一点，这是预期的。我真的不知道是什么导致了之前的重大放缓。

Answer 1

造成这种性能损失的原因可能有很多：

1) 静态数组始终在 BSS 上分配（请参阅静态变量存储在哪里（在 C/C++ 中）？），而“已分配”数组可以在堆或堆栈上分配。堆栈上的分配比堆上的分配快得多。一个好的编译器可以生成在堆栈上分配尽可能多的内存的代码。

2) 您可能在循环中有分配/解除分配语句。每次内存分配都会花费​​一些时间。一个好的编译器可以避免在每次分配时物理地分配一些内存，而是重新使用已释放的空间。

3）编译器在编译时就知道静态数组的维度，因此它会做一些额外的优化。

4）如果有多维数组，则无法在编译时计算元素的地址。例如， 的地址A(5,6,7)是，5 + 6*n1 + 7*n1*n2是:的维度。对于静态数组，编译器可以优化这部分。此外，如果维度是 2 的幂，编译器将生成位移位，而不是执行整数乘法，速度快 3 倍。n1n2AA(n1,n2,n3)n1,n2,...

3）是最有可能的。您可以为在编译时知道合理上限的数组保留一些静态数组，这些数组相对较小（大约<1000个元素），并且也在经常调用且执行少量工作的例程内。

根据经验，只有小型数组可以静态分配：大多数 1D 数组、一些小型 2D 数组和微小的 3D 数组。将所有其余的转换为动态分配，因为它们可能无法放入堆栈中。

如果您有一些频繁的分配/解除分配，因为您在循环中调用子例程，如下所示：

 do i=1,10000000
    call work(a,b)
 end do

 subroutine work(a,b)
  ...
  allocate (c)
  ...
  deallocate (c)
 end

如果c始终具有相同的维度，您可以将其作为子例程的参数，或者作为全局变量，在调用 work 之前仅分配一个：

 use module_where_c_is_defined

 allocate (c)
 do i=1,10000000
    call work(a,b)
 end do
 deallocate(c)

 subroutine work(a,b)
  use module_where_c_is_defined
  if (.not.allocated(c)) then
    stop 'c is not allocated'
  endif
  ...
 end