[InstCombine] Signed saturation tests. NFC
[llvm-complete.git] / docs / CommandGuide / llvm-exegesis.rst
blob81e92e7736d68a9ad5737217384062771a6a0310
1 llvm-exegesis - LLVM Machine Instruction Benchmark
2 ==================================================
4 .. program:: llvm-exegesis
6 SYNOPSIS
7 --------
9 :program:`llvm-exegesis` [*options*]
11 DESCRIPTION
12 -----------
14 :program:`llvm-exegesis` is a benchmarking tool that uses information available
15 in LLVM to measure host machine instruction characteristics like latency,
16 throughput, or port decomposition.
18 Given an LLVM opcode name and a benchmarking mode, :program:`llvm-exegesis`
19 generates a code snippet that makes execution as serial (resp. as parallel) as
20 possible so that we can measure the latency (resp. inverse throughput/uop decomposition)
21 of the instruction.
22 The code snippet is jitted and executed on the host subtarget. The time taken
23 (resp. resource usage) is measured using hardware performance counters. The
24 result is printed out as YAML to the standard output.
26 The main goal of this tool is to automatically (in)validate the LLVM's TableDef
27 scheduling models. To that end, we also provide analysis of the results.
29 :program:`llvm-exegesis` can also benchmark arbitrary user-provided code
30 snippets.
32 EXAMPLE 1: benchmarking instructions
33 ------------------------------------
35 Assume you have an X86-64 machine. To measure the latency of a single
36 instruction, run:
38 .. code-block:: bash
40     $ llvm-exegesis -mode=latency -opcode-name=ADD64rr
42 Measuring the uop decomposition or inverse throughput of an instruction works similarly:
44 .. code-block:: bash
46     $ llvm-exegesis -mode=uops -opcode-name=ADD64rr
47     $ llvm-exegesis -mode=inverse_throughput -opcode-name=ADD64rr
50 The output is a YAML document (the default is to write to stdout, but you can
51 redirect the output to a file using `-benchmarks-file`):
53 .. code-block:: none
55   ---
56   key:
57     opcode_name:     ADD64rr
58     mode:            latency
59     config:          ''
60   cpu_name:        haswell
61   llvm_triple:     x86_64-unknown-linux-gnu
62   num_repetitions: 10000
63   measurements:
64     - { key: latency, value: 1.0058, debug_string: '' }
65   error:           ''
66   info:            'explicit self cycles, selecting one aliasing configuration.
67   Snippet:
68   ADD64rr R8, R8, R10
69   '
70   ...
72 To measure the latency of all instructions for the host architecture, run:
74 .. code-block:: bash
76   #!/bin/bash
77   readonly INSTRUCTIONS=$(($(grep INSTRUCTION_LIST_END build/lib/Target/X86/X86GenInstrInfo.inc | cut -f2 -d=) - 1))
78   for INSTRUCTION in $(seq 1 ${INSTRUCTIONS});
79   do
80     ./build/bin/llvm-exegesis -mode=latency -opcode-index=${INSTRUCTION} | sed -n '/---/,$p'
81   done
83 FIXME: Provide an :program:`llvm-exegesis` option to test all instructions.
86 EXAMPLE 2: benchmarking a custom code snippet
87 ---------------------------------------------
89 To measure the latency/uops of a custom piece of code, you can specify the
90 `snippets-file` option (`-` reads from standard input).
92 .. code-block:: bash
94     $ echo "vzeroupper" | llvm-exegesis -mode=uops -snippets-file=-
96 Real-life code snippets typically depend on registers or memory.
97 :program:`llvm-exegesis` checks the liveliness of registers (i.e. any register
98 use has a corresponding def or is a "live in"). If your code depends on the
99 value of some registers, you have two options:
101 - Mark the register as requiring a definition. :program:`llvm-exegesis` will
102   automatically assign a value to the register. This can be done using the
103   directive `LLVM-EXEGESIS-DEFREG <reg name> <hex_value>`, where `<hex_value>`
104   is a bit pattern used to fill `<reg_name>`. If `<hex_value>` is smaller than
105   the register width, it will be sign-extended.
106 - Mark the register as a "live in". :program:`llvm-exegesis` will benchmark
107   using whatever value was in this registers on entry. This can be done using
108   the directive `LLVM-EXEGESIS-LIVEIN <reg name>`.
110 For example, the following code snippet depends on the values of XMM1 (which
111 will be set by the tool) and the memory buffer passed in RDI (live in).
113 .. code-block:: none
115   # LLVM-EXEGESIS-LIVEIN RDI
116   # LLVM-EXEGESIS-DEFREG XMM1 42
117   vmulps        (%rdi), %xmm1, %xmm2
118   vhaddps       %xmm2, %xmm2, %xmm3
119   addq $0x10, %rdi
122 EXAMPLE 3: analysis
123 -------------------
125 Assuming you have a set of benchmarked instructions (either latency or uops) as
126 YAML in file `/tmp/benchmarks.yaml`, you can analyze the results using the
127 following command:
129 .. code-block:: bash
131     $ llvm-exegesis -mode=analysis \
132   -benchmarks-file=/tmp/benchmarks.yaml \
133   -analysis-clusters-output-file=/tmp/clusters.csv \
134   -analysis-inconsistencies-output-file=/tmp/inconsistencies.html
136 This will group the instructions into clusters with the same performance
137 characteristics. The clusters will be written out to `/tmp/clusters.csv` in the
138 following format:
140 .. code-block:: none
142   cluster_id,opcode_name,config,sched_class
143   ...
144   2,ADD32ri8_DB,,WriteALU,1.00
145   2,ADD32ri_DB,,WriteALU,1.01
146   2,ADD32rr,,WriteALU,1.01
147   2,ADD32rr_DB,,WriteALU,1.00
148   2,ADD32rr_REV,,WriteALU,1.00
149   2,ADD64i32,,WriteALU,1.01
150   2,ADD64ri32,,WriteALU,1.01
151   2,MOVSX64rr32,,BSWAP32r_BSWAP64r_MOVSX64rr32,1.00
152   2,VPADDQYrr,,VPADDBYrr_VPADDDYrr_VPADDQYrr_VPADDWYrr_VPSUBBYrr_VPSUBDYrr_VPSUBQYrr_VPSUBWYrr,1.02
153   2,VPSUBQYrr,,VPADDBYrr_VPADDDYrr_VPADDQYrr_VPADDWYrr_VPSUBBYrr_VPSUBDYrr_VPSUBQYrr_VPSUBWYrr,1.01
154   2,ADD64ri8,,WriteALU,1.00
155   2,SETBr,,WriteSETCC,1.01
156   ...
158 :program:`llvm-exegesis` will also analyze the clusters to point out
159 inconsistencies in the scheduling information. The output is an html file. For
160 example, `/tmp/inconsistencies.html` will contain messages like the following :
162 .. image:: llvm-exegesis-analysis.png
163   :align: center
165 Note that the scheduling class names will be resolved only when
166 :program:`llvm-exegesis` is compiled in debug mode, else only the class id will
167 be shown. This does not invalidate any of the analysis results though.
169 OPTIONS
170 -------
172 .. option:: -help
174  Print a summary of command line options.
176 .. option:: -opcode-index=<LLVM opcode index>
178  Specify the opcode to measure, by index. See example 1 for details.
179  Either `opcode-index`, `opcode-name` or `snippets-file` must be set.
181 .. option:: -opcode-name=<opcode name 1>,<opcode name 2>,...
183  Specify the opcode to measure, by name. Several opcodes can be specified as
184  a comma-separated list. See example 1 for details.
185  Either `opcode-index`, `opcode-name` or `snippets-file` must be set.
187  .. option:: -snippets-file=<filename>
189   Specify the custom code snippet to measure. See example 2 for details.
190   Either `opcode-index`, `opcode-name` or `snippets-file` must be set.
192 .. option:: -mode=[latency|uops|inverse_throughput|analysis]
194  Specify the run mode. Note that if you pick `analysis` mode, you also need
195  to specify at least one of the `-analysis-clusters-output-file=` and
196  `-analysis-inconsistencies-output-file=`.
198 .. option:: -num-repetitions=<Number of repetitions>
200  Specify the number of repetitions of the asm snippet.
201  Higher values lead to more accurate measurements but lengthen the benchmark.
203 .. option:: -max-configs-per-opcode=<value>
205  Specify the maximum configurations that can be generated for each opcode.
206  By default this is `1`, meaning that we assume that a single measurement is
207  enough to characterize an opcode. This might not be true of all instructions:
208  for example, the performance characteristics of the LEA instruction on X86
209  depends on the value of assigned registers and immediates. Setting a value of
210  `-max-configs-per-opcode` larger than `1` allows `llvm-exegesis` to explore
211  more configurations to discover if some register or immediate assignments
212  lead to different performance characteristics.
215 .. option:: -benchmarks-file=</path/to/file>
217  File to read (`analysis` mode) or write (`latency`/`uops`/`inverse_throughput`
218  modes) benchmark results. "-" uses stdin/stdout.
220 .. option:: -analysis-clusters-output-file=</path/to/file>
222  If provided, write the analysis clusters as CSV to this file. "-" prints to
223  stdout. By default, this analysis is not run.
225 .. option:: -analysis-inconsistencies-output-file=</path/to/file>
227  If non-empty, write inconsistencies found during analysis to this file. `-`
228  prints to stdout. By default, this analysis is not run.
230 .. option:: -analysis-clustering=[dbscan,naive]
232  Specify the clustering algorithm to use. By default DBSCAN will be used.
233  Naive clustering algorithm is better for doing further work on the
234  `-analysis-inconsistencies-output-file=` output, it will create one cluster
235  per opcode, and check that the cluster is stable (all points are neighbours).
237 .. option:: -analysis-numpoints=<dbscan numPoints parameter>
239  Specify the numPoints parameters to be used for DBSCAN clustering
240  (`analysis` mode, DBSCAN only).
242 .. option:: -analysis-clustering-epsilon=<dbscan epsilon parameter>
244  Specify the epsilon parameter used for clustering of benchmark points
245  (`analysis` mode).
247 .. option:: -analysis-inconsistency-epsilon=<epsilon>
249  Specify the epsilon parameter used for detection of when the cluster
250  is different from the LLVM schedule profile values (`analysis` mode).
252 .. option:: -analysis-display-unstable-clusters
254  If there is more than one benchmark for an opcode, said benchmarks may end up
255  not being clustered into the same cluster if the measured performance
256  characteristics are different. by default all such opcodes are filtered out.
257  This flag will instead show only such unstable opcodes.
259 .. option:: -ignore-invalid-sched-class=false
261  If set, ignore instructions that do not have a sched class (class idx = 0).
263 .. option:: -mcpu=<cpu name>
265  If set, measure the cpu characteristics using the counters for this CPU. This
266  is useful when creating new sched models (the host CPU is unknown to LLVM).
268 .. option:: --dump-object-to-disk=true
270  By default, llvm-exegesis will dump the generated code to a temporary file to
271  enable code inspection. You may disable it to speed up the execution and save
272  disk space.
274 EXIT STATUS
275 -----------
277 :program:`llvm-exegesis` returns 0 on success. Otherwise, an error message is
278 printed to standard error, and the tool returns a non 0 value.