Indicium: Werkzeug zur Analyse der V8-Laufzeit

Die vergangenen drei Monate waren für mich eine großartige Lernerfahrung, da ich als Praktikantin dem V8-Team (Google London) beigetreten bin und an einem neuen Tool namens Indicium gearbeitet habe.

Dieser Systemanalysator ist eine einheitliche Webschnittstelle, um Muster der Erstellung und Änderung von Inline-Caches (ICs) und Maps in realen Anwendungen zu verfolgen, zu debuggen und zu analysieren.

V8 verfügt bereits über eine Tracing-Infrastruktur für ICs und Maps, die IC-Ereignisse mit dem IC Explorer und Map-Ereignisse mit dem Map Processor verarbeiten und analysieren kann. Die bisherigen Tools ermöglichten jedoch keine ganzheitliche Analyse von Maps und ICs – mit dem Systemanalysator ist dies jetzt möglich.

Fallstudie

Lassen Sie uns ein Beispiel betrachten, um zu demonstrieren, wie wir das Indicium verwenden können, um Map- und IC-Protokollereignisse in V8 zu analysieren.

class Point {
  constructor(x, y) {
    if (x < 0 || y < 0) {
      this.isNegative = true;
    }
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  dotProduct(other) {
    return this.x * other.x + this.y * other.y;
  }
}

let a = new Point(1, 1);
let b = new Point(2, 2);
let dotProduct;

// Aufwärmphase
for (let i = 0; i < 10e5; i++) {
  dotProduct = a.dotProduct(b);
}

console.time('snippet1');
for (let i = 0; i < 10e6; i++) {
  dotProduct = a.dotProduct(b);
}
console.timeEnd('snippet1');

a = new Point(-1, -1);
b = new Point(-2, -2);
console.time('snippet2');
for (let i = 0; i < 10e6; i++) {
  dotProduct = a.dotProduct(b);
}
console.timeEnd('snippet2');

Hier haben wir eine Point-Klasse, die zwei Koordinaten und einen zusätzlichen Boolean basierend auf den Werten der Koordinaten speichert. Die Point-Klasse hat eine dotProduct-Methode, die das Skalarprodukt zwischen dem übergebenen Objekt und dem Empfänger zurückgibt.

Um das Programm besser zu erklären, teilen wir es in zwei Abschnitte auf (wir ignorieren die Aufwärmphase):

Abschnitt 1

let a = new Point(1, 1);
let b = new Point(2, 2);
let dotProduct;

console.time('snippet1');
for (let i = 0; i < 10e6; i++) {
  dotProduct = a.dotProduct(b);
}
console.timeEnd('snippet1');

Abschnitt 2

a = new Point(-1, -1);
b = new Point(-2, -2);
console.time('snippet2');
for (let i = 0; i < 10e6; i++) {
  dotProduct = a.dotProduct(b);
}
console.timeEnd('snippet2');

Wenn wir das Programm ausführen, bemerken wir einen Leistungsabfall. Obwohl wir die Leistung von zwei ähnlichen Abschnitten messen, greifen wir in einer Schleife auf die Eigenschaften x und y der Point-Objektinstanzen zu, indem wir die Funktion dotProduct aufrufen.

Abschnitt 1 wird etwa dreimal schneller ausgeführt als Abschnitt 2. Der einzige Unterschied besteht darin, dass wir in Abschnitt 2 negative Werte für die Eigenschaften x und y des Point-Objekts verwenden.

Um diesen Leistungsunterschied zu analysieren, können wir verschiedene Protokollierungsoptionen verwenden, die mit V8 geliefert werden. Hier glänzt der Systemanalysator. Er kann Protokollereignisse anzeigen und mit Map-Ereignissen verknüpfen, sodass wir die Magie innerhalb von V8 erkunden können.

Bevor wir weiter in die Fallstudie eintauchen, lassen Sie uns mit den Panels des Systemanalysator-Tools vertraut machen. Das Tool hat vier Hauptpanels:

• ein Zeitachsen-Panel zum Analysieren von Map/IC-Ereignissen über die Zeit,
• ein Map-Panel zur Visualisierung der Übergangsbäume der Maps,
• ein IC-Panel für Statistiken zu den IC-Ereignissen,
• ein Quell-Panel zur Anzeige von Map/IC-Dateipositionen in einem Skript.

Wir analysieren, wie die Funktion dotProduct diesen Leistungsunterschied verursachen könnte. Daher gruppieren wir die IC-Ereignisse nach Funktionsnamen, um detailliertere Informationen über die mit der Funktion dotProduct verbundenen IC-Ereignisse zu erhalten.

Das erste, was wir bemerken, ist, dass wir zwei verschiedene IC-Zustandsübergänge haben, die von den IC-Ereignissen in dieser Funktion aufgezeichnet wurden. Ein Übergang von nicht initialisiert zu monomorph und ein anderer Übergang von monomorph zu polymorph. Der polymorphe IC-Zustand zeigt an, dass wir jetzt mehr als eine Map verfolgen, die mit Point-Objekten verbunden ist, und dieser polymorphe Zustand ist schlechter, da wir zusätzliche Überprüfungen durchführen müssen.

Wir möchten wissen, warum wir mehrere Map-Formen für denselben Objekttyp erstellen. Dazu aktivieren wir die Info-Schaltfläche zum IC-Zustand, um mehr Informationen über die Map-Adressen zu erhalten, die vom Zustand "uninitialisiert" zu "monomorph" wechseln.

Für den monomorphen IC-Zustand können wir den Übergangsbaum visualisieren und sehen, dass wir nur dynamisch zwei Eigenschaften xund y hinzufügen. Doch im Fall des polymorphen IC-Zustands haben wir eine neue Map mit drei Eigenschaften isNegative, x und y.

Wir klicken auf den Abschnitt mit der Dateiposition im Map-Panel, um zu sehen, wo diese Eigenschaft isNegative im Quellcode hinzugefügt wird, und können diese Erkenntnis nutzen, um das Leistungsproblem anzugehen.

Die Frage lautet also jetzt: Wie können wir das Leistungsproblem angehen, indem wir die Erkenntnisse aus dem Tool nutzen?

Die einfachste Lösung wäre, die Eigenschaft isNegative immer zu initialisieren. Allgemein gilt der Rat, dass alle Instanzvariablen im Konstruktor initialisiert werden sollten.

Die aktualisierte Point-Klasse sieht nun wie folgt aus:

class Point {
  constructor(x, y) {
    this.isNegative = x < 0 || y < 0;
    this.x = x;
    this.y = y;
  }

  dotProduct(other) {
    return this.x * other.x + this.y * other.y;
  }
}

Wenn wir das Skript erneut ausführen und die modifizierte Point-Klasse verwenden, sehen wir, dass die Ausführung der beiden zu Beginn der Fallstudie definierten Schnipsel sehr ähnlich ist.

In einer aktualisierten Spur sehen wir, dass der polymorphe IC-Zustand vermieden wird, da wir für denselben Objekttyp nicht mehrere Maps erstellen.

Der System-Analyzer

Lassen Sie uns nun einen detaillierten Blick auf die verschiedenen Panels im System-Analyzer werfen.

Timeline-Panel

Das Timeline-Panel ermöglicht die Auswahl eines Zeitpunkts oder Zeitbereichs und die Visualisierung der IC/Map-Zustände über diese Zeitpunkte. Es unterstützt Filterfunktionen wie das Hinein- oder Herauszoomen in die Log-Ereignisse für ausgewählte Zeitbereiche.

Map-Panel

Das Map-Panel besteht aus zwei Unterabschnitten:

1. Map-Details
2. Map-Übergänge

Das Map-Panel visualisiert die Übergangsbaumstrukturen der ausgewählten Maps. Die Metadaten der ausgewählten Map werden im Map-Details-Unterabschnitt angezeigt. Ein spezifischer Übergangsbaum einer Map-Adresse kann über die bereitgestellte Schnittstelle durchsucht werden. Im oberen Statistiken-Unterabschnitt, der sich über dem Map-Übergänge-Unterabschnitt befindet, können wir Statistiken über die Eigenschaften sehen, die Map-Übergänge verursachen, sowie die Typen von Map-Ereignissen.

IC-Panel

Das IC-Panel zeigt Statistiken zu IC-Ereignissen an, die innerhalb eines bestimmten Zeitbereichs fallen und durch das Timeline-Panel gefiltert werden. Zusätzlich erlaubt das IC-Panel, IC-Ereignisse nach verschiedenen Optionen zu gruppieren (Typ, Kategorie, Map, Dateiposition). Durch die Gruppierungsoptionen für Map- und Dateiposition können das Map-Panel und das Quellcode-Panel interagieren, um Übergangsbaumstrukturen zu visualisieren und die mit IC-Ereignissen verbundenen Dateipositionen hervorzuheben.

Quellcode-Panel

Das Quellcode-Panel zeigt die geladenen Skripte mit anklickbaren Markern, die benutzerdefinierte Ereignisse auslösen, welche sowohl Map- als auch IC-Log-Ereignisse in den benutzerdefinierten Panels auswählen. Die Auswahl eines geladenen Skripts kann über die Drill-down-Leiste erfolgen. Die Auswahl einer Dateiposition im Map- oder IC-Panel hebt die ausgewählte Dateiposition im Quellcode-Panel hervor.

Danksagungen

Ich möchte allen im V8- und Web-on-Android-Team danken, insbesondere meinem Host Sathya und meinem Co-Host Camillo, die mich während meines Praktikums unterstützt haben und mir die Gelegenheit gaben, an einem so tollen Projekt zu arbeiten.

Ich hatte einen fantastischen Sommer als Praktikant bei Google!