Unity Burst 用户指南(转)

作者: HaruHappy | 来源:发表于2018-12-02 18:28 被阅读0次

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：

使用Burst Jobs：选中此项后，具有该属性[BurstCompile]的Jobs将被Burst编译。默认是勾选的。
Burst Inspector：打开Burst Inspector窗口
启用Burst 安全检查：选中此选项后，将使用收集容器（例如NativeArray）的代码将检查安全用法，尤其是Jobs数据依赖性检查系统和容器索引超出界限。请注意，此选项默认情况下禁用noaliasing性能优化。默认是勾选的。
启用Burst 编译：选中此选项后，Burst 将编译Jobs和使用该属性[BurstCompile]标记的自定义委托。默认是勾选的。
显示Burst 耗时：当选中此项时，每次Burst
都必须在编辑器中JIT编译一个Jobs，编译此方法所需的时间将显示在日志中。默认为未勾选的。

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：

选项卡程序集（Assembly ）提供了由burst生成的最终优化本机代码
选项卡.NET IL提供了从Job方法中提取的原始.NET IL的视图
选项卡LLVM（未优化）在优化之前提供内部LLVM IR的视图。
选项卡LLVM（优化）在优化后提供内部LLVM IR的视图。
选项卡LLVM IR Optimization Diagnostics提供优化的详细LLVM诊断（即，如果它们成功或失败）。

4.您还可以切换不同的选项：

如果启用“Safety Checks”将生成包括容器访问安全检查（如检查是否有作业写入本地容器是只读）的代码
如果启用“Optimizations ”此选项将允许编译器优化代码。
如果启用了“ Fast Math”选项，则编译器可以折叠数学运算以提高效率，但代价是不考虑精确的数学正确性（请参阅编译器放宽选项）

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：

bool
char
sbyte/byte
short/ushort
int/uint
long/ulong
float
double
Burst不支持以下类型：
string 因为这是一种托管类型
decimal

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：

bool2/bool3/bool4
uint2/uint3/uint4
int2/int3/int4
float2/float3/float4
请注意，出于性能原因，应首选4种wide 类型（float4，int4…）

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：

常规C＃控制流程：if/else/switch/case/for/while/break/continue
扩展方法
不安全的代码，指针操作…等等。
结构的实例方法
通过ref / out参数
调用icall / internal函数
throw假设简单的抛出模式（例如throw new ArgumentException(“Invalid
argument”)），对表达式的支持有限。在这种情况下，我们将尝试提取静态字符串异常消息以将其包含在生成的代码中。
一些特殊的操作码IL像cpblk，initblk，sizeof
从静态只读字段加载
Burst不支持：
DllImport或calli（这应该在将来的版本中支持）
catch
try/ finally（将来某个时候）
foreach因为它需要try/ finally（这应该在未来的版本中支持）
从非只读静态字段加载或存储到静态字段
任何与托管对象相关的方法（例如数组访问等）

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：

double IEEERemainder(double x, double y)
Round(double value, int digits)

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：

int Length { get; }
T this[int index] { get; set; }
任何其他成员的使用都将noalias自动禁用优化。

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：

JobSystem的安全性的假设您可以在作业中指定输入/输出中的数据：这意味着默认情况下，通过作业安全访问的所有数据都不是别名
进一步分析代码的burst，以确保代码也是安全的 burst中的别名分析目前依赖于您的代码需要遵循的一些约束，以便让自动矢量化器正常工作：
只有NativeArray被使用，且只有属性Length或索引this[index]被使用
不应将本机容器（例如NativeArray）或间接包含容器的结构复制到局部变量
本地容器可以通过值传递给方法参数，在所有参数都来自标识源的条件下，这些参数来自静态方法的字段或其他参数，但不是两者都是，并且方法是静态的
Native Containers或间接包含容器的struct不会存储到struct的字段中
假设在“ Jobs”菜单中取消选中“ Enable Burst Safety Checks” 选项
我们期望通过更细粒度的模型来改进别名分析，这将允许放松一些这些约束。

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：

对数学函数使用不同的精度（sin，cos …）
允许编译器通过放宽数学计算的顺序来重新排列浮点计算。
强制同步编译作业（仅适用于编辑器/ JIT案例）
使用内部编译器选项（尚未详细）
这些标签可以通过使用 [BurstCompile] 属性来设置，比如 [BurstCompile(Accuracy.Med, Support.Relaxed)]

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：

Std提供1 ULP的准确度。这是默认值。
High，Med，Low正在提供3.5 ULP的精度

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
}

严格：编译器没有执行任何计算的重新排列，并且编译器在关注特殊浮点值（非正常，NaN …）时要小心。这是默认值
放松：编译器可以执行指令重新排列和/或使用专用或者不太精确的硬件SIMD指令。

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：

视窗
MacOS的
Linux的
Xbox One
PS4
Android（ARM v7和v8 +）
iOS（ARM v7和v8 +）

已知的问题

目前不支持精度/精度
目标CPU当前是每个平台的硬编码（例如，Windows 64位的SSE4）
这些已知问题将在未来的burst版本中得到解决。

Unity Burst 用户指南(转)

Burst用户指南

概观

快速开始

使用burst编译器编译Job

Jobs/Burst Menu菜单

Burst 属性面板

C＃/ .NET语言支持

支持的.NET类型

原始类型

矢量类型

枚举类型

结构类型

指针类型

通用类型

数组类型

语言支持

内部函数

System.Math

System.IntPtr

System.Threading.Interlocked

优化指南

内存别名（Memory Aliasing）和 noalias

问题

没有内存别名：

自动矢量化器没有内存别名：

内存别名：

使用无效矢量化代码的内存别名：

解决方案burst和JobSystem

使用noalias分析生成代码的示例

编译器选项

准确性

编译器放松

同步编译

Unity.Mathematics

独立播放器支持

用法

支持的平台

已知的问题

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