Unity Burst 用户指南(转)

2018-12-02  本文已影响0人  HaruHappy

Burst用户指南

原文：https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.burst@0.2/manual/index.html#memory-aliasing-and-noalias
转自 : https://blog.csdn.net/alph258/article/details/83997917

Unity Burst User Guide
翻译不易，转载请注明原译者。

概观

Burst是一个编译器，它使用LLVM将IL / .NET字节码转换为高度优化的本机代码。它作为Unity包发布，并使用Unity Package Manager集成到Unity中。

快速开始

使用burst编译器编译Job

Burst主要用于与Job系统高效协作。
您可以通过使用属性[BurstCompile]装饰Job结构,从而在代码中简单地使用burst编译器 。

using Unity.Burst;using Unity.Collections;using Unity.Jobs;using UnityEngine;public class MyBurst2Behavior : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        var input = new NativeArray<float>(10, Allocator.Persistent);
        var output = new NativeArray<float>(1, Allocator.Persistent);
        for (int i = 0; i < input.Length; i++)
            input[i] = 1.0f * i;
        var job = new MyJob
        {
            Input = input,
            Output = output
        };
        job.Schedule().Complete();
        Debug.Log("The result of the sum is: " + output[0]);
        input.Dispose();
        output.Dispose();
    }
    // Using BurstCompile to compile a Job with burst
    // Set CompileSynchronously to true to make sure that the method will not be compiled asynchronously
    // but on the first schedule
    [BurstCompile(CompileSynchronously = true)]
    private struct MyJob : IJob
    {
        [ReadOnly]
        public NativeArray<float> Input;
        [WriteOnly]
        public NativeArray<float> Output;
        public void Execute()
        {
            float result = 0.0f;
            for (int i = 0; i < Input.Length; i++)
            {
                result += Input[i];
            }
            Output[0] = result;
        }
    }
}

默认情况下，在编辑器中，Burst JIT是通过异步来编译job，但在上面的示例中，我们使用该选项CompileSynchronously = true确保在第一个Schedule中编译该方法。通常，您应该使用异步编译。见[BurstCompile]选项

Jobs/Burst Menu菜单

Burst在Jobs菜单中添加了一些菜单项：

Burst 属性面板

从“Jobs”菜单中，您可以打开Burst 属性面板。属性面板允许您查看可以编译的所有作业，然后您还可以检查生成的本机代码。


在这里插入图片描述

在左侧窗格中，我们有Compile Targets，它提供了一个可以编译的Jobs列表。以白色突出显示的作业可以通过Burst 编译，而禁用的作业则不具有该[BurstCompile]属性。
1.从左窗格中选择一个活动的编译目标。
2.在右窗格中，按“ 刷新反汇编 ”按钮
3.在不同选项卡之间切换以显示详细信息：

4.您还可以切换不同的选项：

C＃/ .NET语言支持

Burst正在研究.NET的一个子集，它不允许在代码中使用任何托管对象/引用类型（C＃中的类）。
以下部分提供了更多有关burst实际支持的构造类型详细信息。

支持的.NET类型

原始类型

Burst支持以下原始类型：

矢量类型

Burst能够将矢量类型从Unity.Mathematics原生SIMD矢量类型转换为优化的第一类支持：

枚举类型

Burst支持所有枚举，包括具有特定存储类型的枚举（例如public enum MyEnum : short）
Burst目前不支持Enum方法（例如Enum.HasFlag）

结构类型

Burst支持具有支持类型的任何字段的常规结构。
Burst支持固定数组字段。
关于布局，LayoutKind.Sequential和LayoutKind.Explicit都受到支持，该StructLayout.Pack包装尺寸不支持
本机支持System.IntPtr和UIntPtr作为直接表示指针的内部结构。

指针类型

Burst支持任何Burst支持类型的指针类型

通用类型

Burst支持结构使用的泛型类型。具体来说，它支持对具有接口约束的泛型类型的泛型调用的完全实例化（例如，当具有通用参数的结构需要实现接口时）

数组类型

Burst不支持托管阵列。例如，您应该使用本机容器NativeArray。

语言支持

Burst支持以下代码流和语法：

内部函数

System.Math

Burst为声明的所有方法提供内在函数，System.Math但不支持以下方法：

System.IntPtr

Burst支持System.IntPtr/的所有方法System.UIntPtr，包括静态字段IntPtr.Zero和IntPtr.Size

System.Threading.Interlocked

Burst支持由System.Threading.Interlocked（例如Interlocked.Increment…等）提供的所有方法的原子内存内在函数
NativeArray
Burst 仅支持以下NativeArray方法的有noalias的内在函数：

优化指南

内存别名（Memory Aliasing）和 noalias

Memory aliasing是一个重要的概念，可以为编译器提供重要的优化，使编译器知道代码如何使用数据。

问题

让我们举一个简单的例子，将数据从输入数组复制到输出数组：

[BurstCompile]private struct CopyJob : IJob
{
    [ReadOnly]
    public NativeArray<float> Input;
    [WriteOnly]
    public NativeArray<float> Output;
    public void Execute()
    {
        for (int i = 0; i < Input.Length; i++)
        {
            Output[i] = Input[i];
        }
    }
}

翻译不易，转载请注明原译者alph258。

没有内存别名：

如果两个数组Input并Output没有轻微重叠，这意味着它们各自的内存位置没有别名，我们将在示例输入/输出上运行此作业后得到以下结果：


在这里插入图片描述

自动矢量化器没有内存别名：

现在，如果编译器是noalias唤醒，它将能够通过所谓的向量化来优化先前的标量循环（在标量级别工作）：编译器将代表您重写循环以按小批量处理元素（工作在矢量级别，例如4乘4个元素）像这样：


在这里插入图片描述

内存别名：

接下来，如果由于某些原因（今天很困难的将JobSystem引入），输出数组实际上是将一个元素与输入数组重叠（例如Output[0]实际指向的点Input[1]）意味着内存是别名，我们将得到以下内容运行时的结果CopyJob（假设自动矢量化器没有运行）：


在这里插入图片描述

使用无效矢量化代码的内存别名：

更糟糕的是，如果编译器不知道这种内存别名，它仍然会尝试自动向量化循环，我们会得到以下结果，这与以前的标量版本不同：


在这里插入图片描述

此代码的结果将无效，如果编译器未识别它们，则可能导致非常严重的错误。

解决方案burst和JobSystem

为了确保Job可以安全地进行矢量化（当有循环时），burst依赖于：

使用noalias分析生成代码的示例

让我们以CopyJob编译到本机代码并禁用noalias分析为例。
以下循环是x64使用启用AVX2的noalias analysis enabled的指令进行编译的结果:(注意我们只复制核心循环，而不是整个方法的完整序言和结尾）
该指令vmovups在这里移动了8个浮点数，因此单个自动向量化循环现在移动4 x 8 = 每个循环迭代复制32个浮点数而不是一个！（因此，相对于与原始循环，将有/ 32次循环步骤迭代）

.LBB0_4:
    vmovups ymm0, ymmword ptr [rcx - 96]
    vmovups ymm1, ymmword ptr [rcx - 64]
    vmovups ymm2, ymmword ptr [rcx - 32]
    vmovups ymm3, ymmword ptr [rcx]
    vmovups ymmword ptr [rdx - 96], ymm0
    vmovups ymmword ptr [rdx - 64], ymm1
    vmovups ymmword ptr [rdx - 32], ymm2
    vmovups ymmword ptr [rdx], ymm3
    sub     rdx, -128
    sub     rcx, -128
    add     rsi, -32
    jne     .LBB0_4
    test    r10d, r10d
    je      .LBB0_8

禁用noalias分析的相同循环将每次循环迭代仅复制一个浮点数：

.LBB0_2:
    mov     r8, qword ptr [rcx]
    mov     rdx, qword ptr [rcx + 16]
    cdqe
    mov     edx, dword ptr [rdx + 4*rax]
    mov     dword ptr [r8 + 4*rax], edx
    inc     eax
    cmp     eax, dword ptr [rcx + 8]
    jl      .LBB0_2

我们可以看到，这里的性能差异很大。这就是为什么noalias 意识到本机代码生成是基础，而这正是burst 试图解决的问题。

编译器选项

编译作业时，可以更改编译器的行为：

准确性

准确性由以下枚举定义：

public enum Accuracy
{
    Std,
    Low,
    Med,
    High,
}

目前，实施仅提供以下准确性：

High对于大多数游戏来说，使用准确度应该足够了。
ULP（最后位置的单位或最小精度的单位）是浮点数之间的间隔，即，一个值的最小精度数字决定了它是否为1.
我们希望支持更多的ULP准确性Med和Low突发的未来版本

编译器放松

编译器松弛由以下枚举定义：

public enum Support
{
    Strict,
    Relaxed
}

通常，某些硬件可以支持乘法和加法（例如mad a * b + c）到单个指令中。使用宽松计算可以允许这些优化。重新排序这些指令会导致精度降低。
使用Relaxed编译器松弛可以用于许多场景，其中严格要求计算的确切顺序和NaN值的统一处理。

同步编译

默认情况下，编辑器中的burst 编译器是采用异步进行编译作业的。
您可以通过设置CompileSynchronously = true的[BurstCompile]属性改变这种行为：

[BurstCompile(CompileSynchronously = true)]public struct MyJob : IJob
{
    // ...
}

Unity.Mathematics

所述Unity.Mathematics提供矢量类型（float4，float3被直接映射到硬件寄存器SIMD …）。
此外，来自math类型的许多功能也直接映射到硬件SIMD指令。
请注意，目前，该库的最佳使用，建议使用SIMD 4位宽类型（float4，int4，bool4…）

独立播放器支持

burst 编译器支持独立播放器。

用法

在构建播放器时，burst将为游戏中的所有突发作业编译单个动态库。根据平台的不同，动态库将输出到不同的文件夹（在Windows上，它位于路径中Data/Plugins/lib_burst_generated.dll）
jobs系统运行时将在由burst编译的第一个作业上加载此库。
启用编译的设置由Jobs/burst 菜单控制，与编辑器相同。
在将来的迭代中，这些设置将被移动到每个平台/播放器的适当设置。

支持的平台

Burst支持以下独立播放器平台：

已知的问题

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