Indicium: herramienta de trazado para el runtime de V8
Los últimos tres meses han sido una experiencia de aprendizaje increíble para mí, ya que me he unido al equipo de V8 (Google Londres) como becaria y he estado trabajando en una nueva herramienta llamada Indicium.
Este analizador de sistemas es una interfaz web unificada para rastrear, depurar y analizar patrones de cómo se crean y modifican los Inline Caches (IC) y Mapas en aplicaciones del mundo real.
V8 ya tiene una infraestructura de trazado para ICs y Mapas, la cual puede procesar y analizar eventos de IC usando el IC Explorer y eventos de Mapas usando Map Processor. Sin embargo, las herramientas anteriores no permitían analizar mapas e ICs de manera holística, lo cual ahora es posible con el analizador de sistemas.
Caso de Estudio
Revisemos un ejemplo para demostrar cómo podemos usar Indicium para analizar eventos de log de Mapas e IC en V8.
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;
// calentamiento
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');
Aquí, tenemos una clase Point que almacena dos coordenadas y un booleano adicional basado en los valores de las coordenadas. La clase Point tiene un método dotProduct que devuelve el producto punto entre el objeto pasado y el receptor.
Para hacer más fácil explicar el programa, dividámoslo en dos fragmentos (ignorando la fase de calentamiento):
fragmento 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');
fragmento 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');
Una vez que ejecutamos el programa, notamos una regresión de rendimiento. A pesar de que estamos midiendo el rendimiento de dos fragmentos similares, accediendo a las propiedades x y y de instancias de objetos Point al llamar a la función dotProduct en un bucle for.
El fragmento 1 se ejecuta aproximadamente 3 veces más rápido que el fragmento 2. La única diferencia es que usamos valores negativos para las propiedades x y y en el objeto Point en el fragmento 2.
Para analizar esta diferencia de rendimiento, podemos usar diversas opciones de registro que vienen con V8. Aquí es donde el analizador de sistemas realmente destaca. Puede mostrar eventos de registro y vincularlos con eventos de mapas, permitiéndonos explorar la magia oculta dentro de V8.
Antes de profundizar más en el caso de estudio, familiaricémonos con los paneles de la herramienta analizador de sistemas. La herramienta tiene cuatro paneles principales:
- un panel de cronología para analizar eventos de Map/IC en el tiempo,
- un panel de Mapas para visualizar los árboles de transición de los mapas,
- un panel de IC para obtener estadísticas de los eventos de IC,
- un panel de fuente para mostrar posiciones de archivo de Map/IC en un script.
Estamos analizando cómo la función dotProduct podría estar causando esta diferencia de rendimiento. Así que agrupamos eventos IC por nombre de función para obtener más información detallada sobre los eventos IC asociados con la función dotProduct.
Lo primero que notamos es que tenemos dos transiciones de estado de IC diferentes registradas por los eventos IC en esta función. Una va de no inicializado a monomorfo y la otra de monomorfo a polimorfo. El estado polimorfo del IC indica que ahora estamos rastreando más de un mapa asociado con objetos Point y este estado polimorfo es peor porque debemos realizar comprobaciones adicionales.
Queremos saber por qué estamos creando múltiples formas de Map para el mismo tipo de objetos. Para hacerlo, activamos el botón de información sobre el estado de IC para obtener más información sobre las direcciones del Map que pasan de no inicializadas a monomórficas.
Para el estado monomórfico de IC podemos visualizar el árbol de transición y ver que solo estamos agregando dinámicamente dos propiedades x y y, pero cuando se trata del estado polimórfico de IC, tenemos un nuevo Map que contiene tres propiedades isNegative, x y y.
Hacemos clic en la sección de posición de archivo del panel Map para ver dónde se agrega esta propiedad isNegative en el código fuente y podemos usar esta información para abordar la regresión de rendimiento.
Entonces ahora la pregunta es ¿cómo podemos abordar la regresión de rendimiento utilizando la información que generamos con la herramienta?
La solución mínima sería inicializar siempre la propiedad isNegative. En general, es un buen consejo que todas las propiedades de instancia se inicialicen en el constructor.
Ahora, la clase Point actualizada se ve así:
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;
}
}
Si ejecutamos el script nuevamente con la clase Point modificada, vemos que la ejecución de los dos fragmentos definidos al comienzo del estudio de caso se desempeña de manera muy similar.
En un rastro actualizado, vemos que se evita el estado polimórfico de IC, ya que no estamos creando múltiples mapas para el mismo tipo de objetos.
El Analizador del Sistema
Ahora echemos un vistazo en profundidad a los diferentes paneles que están presentes en el analizador del sistema.
Panel de Timeline
El panel de Timeline permite la selección en el tiempo, lo que habilita la visualización de estados de IC/map a través de puntos discretos en el tiempo o un rango seleccionado en el tiempo. Admite funciones de filtro, como acercar/alejar los eventos del registro para rangos de tiempo seleccionados.
Panel de Map
El panel de Map tiene dos subpaneles:
- Detalles del Map
- Transiciones del Map
El panel de Map visualiza los árboles de transición de los mapas seleccionados. Los metadatos del mapa seleccionado se muestran a través del subpanel de detalles del Map. Se puede buscar un árbol de transición específico asociado con una dirección de mapa utilizando la interfaz proporcionada. Desde el subpanel de estadísticas, que está sobre el subpanel de transiciones del Map, podemos ver las estadísticas sobre las propiedades que causan transiciones de mapas y tipos de eventos de mapas.
Panel de IC
El panel de IC muestra estadísticas sobre eventos de IC que caen dentro de un rango de tiempo específico, los cuales se filtran a través del panel de Timeline. Además, el panel de IC permite agrupar eventos de IC según varias opciones (tipo, categoría, mapa, posición de archivo). De las opciones de agrupación, las opciones de agrupación por mapa y posición de archivo interactúan con los paneles de mapa y código fuente, respectivamente, para mostrar los árboles de transición de mapas y resaltar las posiciones de archivo asociadas con los eventos de IC.
Panel de Source
El panel de Source muestra los scripts cargados con marcadores clicables para emitir eventos personalizados que seleccionan tanto eventos de registro de Map como de IC a través de los paneles personalizados. La selección de un script cargado se puede hacer desde la barra de descomposición. Seleccionar una posición de archivo desde el panel de Map y el panel de IC resalta la posición de archivo seleccionada en el panel de código fuente.
Agradecimientos
Me gustaría agradecer a todos en los equipos de V8 y Web en Android, especialmente a mi anfitrión Sathya y mi coanfitrión Camillo por apoyarme durante toda mi pasantía y darme la oportunidad de trabajar en un proyecto tan genial.
¡Tuve un verano increíble siendo pasante en Google!