Компиляторные технологии

2023/2024

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

5

Кредиты

Кто читает:

Базовая кафедра «Системное программирование» Института системного программирования им. В.П. Иванникова РАН (ИСП РАН)

Статус:

Курс по выбору

Когда читается:

3-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватель

Кулагин Иван Иванович

Программа дисциплины

Аннотация

В курсе «Компиляторные технологии» рассматриваются основные принципы построения современных оптимизирующих компиляторов, причем основное внимание уделяется именно оптимизации кода — начиная от генерации внутреннего представления программы, анализа потока данных, различных этапов анализа и оптимизации кода, и заканчивая распределением регистров для конкретной целевой архитектуры и генерации для нее машинного кода. В ходе курса подробно рассматриваются алгоритмы компиляторных оптимизаций, а также разбираются примеры их работы. Рассматриваемые в курсе алгоритмы составляют основу оптимизаций, применяемых в современных промышленных компиляторах, таких как Clang/LLVM и GCC.

Цель освоения дисциплины

• Компиляторные технологии применяются не только при разработке и модификации оптимизирующих компиляторов, но и при решении других проблем, для решения которых требуется глубокий анализ и трансформация программ: разработка наборов тестов для верификации программы, аудит программы для выявления дефектов (уязвимостей кода и «закладок», влияющих на работу программы и даже операционной системы, под управлением которой она выполняется), восстановление утраченной документации по тексту программы и др.

Планируемые результаты обучения

• Освоение новых методов в области оптимизирующей компиляции и интерпретации программ; в том числе методов адаптивной оптимизации и компиляции;
• Формирование практических навыков применения формальных методов при проектировании и разработке программного обеспечения

Содержание учебной дисциплины

• Обзор системных и прикладных задач, для решения которых применяются компиляторные технологии.
• Исключение частичной избыточности с помощью анализа потока данных
• Граф зависимостей программы и его применения. Слайсинг
• Оптимизация параллелизма и локальности данных. Иерархический параллелизм вычислительных систем.
• Распараллеливание гнезд циклов. Полиэдральное представление гнезда циклов. Пространство итераций. Пространство данных. Пространство процессоров. Аффинные индексы массивов.
• Распараллеливание гнезд циклов для многопроцессорных вычислительных систем. Использование стандартного пакета MPI.
• Распространение условных констант с применением SSA-формы
• Межпроцедурная и межмодульная оптимизация.
• Адаптивная оптимизация программ. Машинное обучение оптимизатора.
• Символьное выполнение программ. Предикаты пути и предикаты безопасности
• Виртуальные машины и интерпретаторы. Динамическая компиляция. Многоуровневая динамическая компиляция. Эффективные техники оптимизации динамическим компилятором.
• Динамическая компиляция. Динамический компилятор с адаптивной оптимизацией.
• Методы профилирования выполняемого кода.
• Статическое и динамическое инструментирование кода.
• Обзор методов распознавания программ

Элементы контроля

• Экзамен
  Общая проверка знаний по курсу
• Контрольные работы
  Направлены на закрепление лекционного и семинарского материалов.

Промежуточная аттестация

• 2023/2024 учебный год 2 модуль
  Итог = По модулю 10 (Среднее (КР) + Экзамен)

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Keith Cooper, & Linda Torczon. (2004). Engineering a Compiler. Morgan Kaufmann.

Рекомендуемая дополнительная литература

• Richard R. Brooks. (2013). Introduction to Computer and Network Security : Navigating Shades of Gray. Chapman and Hall/CRC.
• Shankar, P., & Srikant, Y. N. (2008). The Compiler Design Handbook : Optimizations and Machine Code Generation, Second Edition (Vol. 2nd ed). Boca Raton: CRC Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=209423

Авторы

• Мельник Дмитрий Михайлович
• Буцкая Евгения Александровна