Vargas : options principales du système de compilation Fortran

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Options d'optimisation du compilateur Fortran

C'est l'option -O (la lettre majuscule o) qui permet de gérer l'optimisation d'un code. À sa suite, il est possible d'indiquer un niveau d'optimisation (zéro ou entre 2 et 5). L'option -O0 (tiret o majuscule zéro), équivalente à -qnooptimize, permet d'inhiber l'optimisation faite par le compilateur.
L'écriture -O est équivalente à -O2.

C'est -O2 qui est désormais le défaut.

À partir du niveau 3, la sémantique du programme peut être modifiée. Par exemple : (2.*3.1)*4.2 peut être interprété comme 2.*(3.1*4.2). Soyez donc très vigilants quant aux résultats de vos calculs : il est nécessaire, à partir de-O3, de valider les résultats de vos modèles.

Important : jusqu'en décembre 2009, les options -O3 -qstrict étaient positionnées par défaut. Vous auriez donc pu constater, après une simple compilation par défaut, une baisse des performances moyennes de votre code de calcul : c'est normal. Si, par contre, vous spécifiiez déjà vous-même des options d'optimisation à la compilation (script, Makefile, voire compilation en batch), ces changements n'auraient dû avoir que peu d'impact.

Nous conseillons, après avoir vérifié vos résultats sur des cas tests connus et validés, de passer au niveau d'optimisation -O3. L'accélération peut être significative; la compilation sera nettement plus longue.

Les niveaux -O4 et -O5 introduisent des optimisations relativement poussées. Elles incluent en particulier la technique de l'inlining si l'option -qipa est spécifiée à l'édition de liens également.

Un niveau d'optimisation maximal peut être atteint avec les options -O5 -qnostrict -qessl à la compilation et -O5 -qnostrict -lessl à l'édition de liens. L'option -O5 inclut les options -qipa=level=2 et -qhot=vector. L'option -qunroll est incluse dès le niveau -O3. Les options -qhot=vector et -qunroll permettent respectivement d'utiliser les versions vectorielles de certaines fonctions mathématiques et de dérouler, quand cela est possible, les boucles imbriquées.
Nous déconseillons l'option -O5 sur l'ensemble du code : les optimisations plus poussées qui permettent un gain de performances sur certaines parties du code causent aussi une perte de performances sur d'autres parties . Aussi vaut-il mieux ne passer cette option que sur les routines du code que vous connaissez pour être les plus intensives en calcul. Notez par ailleurs que les temps de compilation deviennent très importants : si vous compilez en batch, pensez à majorer significativement le temps elapsed que vous demandez pour cette compilation.

L'option -qessl (-qnoessl par défaut) permet le remplacement automatique de procédures intrinsèques Fortran (comme MATMUL par ex.) par des appels à des fonctions de la bibliothèque IBM ESSL particulièrement optimisée. Avec cette option à la compilation, vous devez obligatoirement spécifier -lessl ou bien -lesslsmp à l'édition de liens.

Liste des options activées pour le compilateur Fortran

• La liste des options actives peut évoluer dans le temps et aussi surtout en fonction du contexte d'appel du compilateur (xlf, mpxlf_r ou xlf2003 par exemple). Le plus simple pour obtenir cette liste est donc d'utiliser l'option : -qlistopt.

  Par exemple :

  vargas : xlf90 -qlistopt prog.f90
  

  La liste des options actives est alors disponible dans le fichier prog.lst généré par le compilateur.

Rappel : la liste complète des options avec leur signification peut être obtenue via la commande xlf90, xlf90_r ou mpxlf90_rsur Vargas, qui appelle le manuel du compilateur.
• Une autre option très intéressante permet d'écrire en toutes lettres dans le fichier objet prog.o les options qui ont été passées au compilateur dans la ligne de commande de compilation:

  vargas : xlf90 -c -qsaveopt prog.f90
  

  Au début du fichier prog.o sont écrites les options de compilation.
  Attention : cette option n'est utilisable qu'avec l'option -c .

Création d'un fichier de listage pour le compilateur Fortran

Des options permettent, à l'issue de la compilation, de récupérer certains types d'informations dans un fichier dont le nom est celui du fichier compilé suffixé par .lst :

• -qsource : liste du source du programme compilé,
• -qattr : liste des références croisées,
• -qsmplist : liste des transformations faites pour un code OpenMP,
• -qreport : liste des transformations liées à l'optimisation (boucles, appel de fonctions ESSL, etc.) ou à la parallélisation. Pour plus d'information sur cette option, consultez le chapitre 6 du XL Fortran Compiler Reference
• -qoptdebug pseudo code optimisé rajouté par le compilateur en plus du source Fortran

Par exemple :

vargas : xlf90 -qsource -qlistopt prog.f90

Options de débogage du compilateur Fortran

Dans une phase de débogage, les options suivantes peuvent être d'une aide précieuse :

• -g génère une table des symboles (numéro de ligne, variables, ...) qui pourra être exploitée par un débogueur par la suite. Elle permet aussi de générer les numéros d'instructions dans les tracebacks. Cette option conserve le niveau d'optimisation demandé,
• -qnooptimize ou -O0 (o majuscule et zéro) permettent d'inhiber toute optimisation,
• -qinitauto=7FBFFFFF initialise au préalable toutes les variables temporaires à NaNs (ou à zéro si -qinitauto seul),
• -C génère un signal SIGTRAP lorsqu'un tableau est adressé en dehors de ses bornes (bound checking). Pour intercepter ce signal l'option -qsigtrap décrite ci-dessous est nécessaire,
• -qfloat=nans permet la mise en évidence à l'exécution des opérations portant sur des valeurs invalides NaN.
• -qflttrap=overflow:underflow:zerodivide:invalid:enable permet de détecter les exceptions (overflow, underflow, division par zéro, opération invalide).
• -qsigtrap intercepte le signal SIGTRAP émis suite à une exception ou à un débordement de tableau et interrompt l'exécution avec impression d'une traceback (voir aussi l'option -g).
• -qsave force le mode d'exécution statique. Sur Vargas, par défaut, nous sommes en mode stack (recommandé mais révélateur d'erreurs de programmation cachées par le mode statique !) ; les variables locales sont alors stockées temporairement dans la zone mémoire dite stack. Si cette option provoque un retour à la "normale", il faut sûrement incriminer des variables locales non initialisées ou non sauvegardées à tort (cf. attribut SAVE), comme les compteurs incrémentés à chaque appel de procédure.
• -qextchk (option inutilisable sur un code MPI) pour vérifier, entre autres, la cohérence des types et des profils de tableaux. Le compilateur vérifie ainsi que les déclarations d'un même bloc commun dans plusieurs unités de programme sont cohérentes. Il vérifie que le type d'un paramètre d'une procédure est identique à celui de l'argument correspondant dans un appel de cette procédure, même si l'interface de la procédure n'est pas explicite. Cette option est utile non seulement à la compilation mais aussi à l'édition de liens.
• -qkeepparm pour obliger le compilateur à conserver dans le stack les valeurs des arguments d'appel (certaines optimisations peuvent changer cela). Celles-ci seront ainsi récupérables dans n'importe quel débogueur.

Il existe aussi une option -qlanglvl pour vérifier la conformité du source à une norme Fortran. Par exemple -qlanglvl=2003std pour la norme Fortran 2003.

Exemple de gestion de débordement de tableaux :

vargas : xlf90 -g -C -qsigtrap debordement.f90
vargas : ./a.out

  Signal received: SIGTRAP - Trace trap
    Fortran language trap: subscript out of bounds

  Traceback:
    Offset 0x00000090 in procedure debord, near line 6 in file debordement.f90
    --- End of call chain ---

Exemple utilisant toutes les options décrites :

vargas : xlf90 -qnooptimize -g -C -qinitauto=7FBFFFFF \
   -qflttrap=overflow:underflow:zerodivide:invalid:enable -qfloat=nans \
   -qsigtrap -qextchk -qkeepparm -qlanglvl=90std test.f90

vargas : ./a.out

Voir aussi le paragraphe : Outils de débogage.

Taille des différents types de base Fortran

Il existe en outre des options de compilation permettant de modifier de façon globale la longueur des variables :

• -qintsize=2/4/8 force la réservation en mémoire sur des mots de 2/4/8 octets (4 par défaut) les entiers et logiques déclarés avec le type INTEGER ou LOGICAL (sans spécification du paramètre KIND=n) ;

• -qrealsize=8 : les entités déclarées avec le type REAL ou COMPLEX (sans spécification du paramètre KIND) sont promues respectivement sur 8 et 2x8 octets. De même, celles déclarées avec le type DOUBLE PRECISION ou DOUBLE COMPLEX sont promues respectivement sur 16 et 2x16 octets ;

• -qautodbl=dbl4/dbl8/dbl/... peuvent aussi être utilisées pour promouvoir les réels de façon plus sélective.

Par exemple :

vargas : xlf90 -qintsize=8 prog.f90

vargas : xlf90 -qautodbl=dbl4 prog.f90 

Pour plus de détails, consultez le chapitre 6 et l'annexe A du manuel IBM XL Fortran Compiler Reference

Lire ou écrire un fichier binaire Fortran IEEE little-endian

Exemple d'utilisation pour écrire un fichier binaire FORTRAN IEEE little-endian sur l'unité 12 :

vargas : mpxlf90_r -o prog_little_endian prog_little_endian.f90
vargas : export XLFRTEOPTS=ufmt_littleendian=12
vargas : export MP_PROCS=2
vargas : ./prog_little_endian

© CNRS - IDRIS, 13/01/2012