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【开源中国 APP 全新上线】“动弹” 回归、集成大模型对话、畅读技术报告”

前言

.NET9 PreView2发布了，它的CLR方面主要有两个重磅功能

RyuJIT 增强功能
Arm64 矢量化

原文：

.NET9 PreView2的重磅功能

.NET9 AOT ILC的重大变化

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下面分别看下

RyuJIT增强功能

1.环路优化(循环优化)

这种优化实际上是一种for循环叠加态的优化，for循环叠加计算的过程中，会对其中部分变量进行感应。比如循环中放置0扩展(第一个索引为0)，这种优化灵感来源于LLVM标量演化。下面看例子，说明下这个优化：

[MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)]
static int Foo(int[] arr)
{
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i

未优化前:

G_M8112_IG01:
       sub      rsp, 40
            ;; size=4 bbWeight=1 PerfScore 0.25
G_M8112_IG02:
       xor      eax, eax
       xor      edx, edx
       mov      r8d, dword ptr [rcx+0x08]
       test     r8d, r8d
       jle      SHORT G_M8112_IG04
       align    [0 bytes for IG03]
            ;; size=13 bbWeight=1 PerfScore 3.75
G_M8112_IG03:
       mov      r10d, edx
       add      eax, dword ptr [rcx+4*r10+0x10]
       inc      edx
       cmp      r8d, edx
       jg       SHORT G_M8112_IG03
            ;; size=15 bbWeight=4 PerfScore 19.00
G_M8112_IG04:
       add      rsp, 40
       ret      
            ;; size=5 bbWeight=1 PerfScore 1.25

; Total bytes of code 37, prolog size 4, PerfScore 24.25,
 instruction count 14, allocated bytes for code 37 
 (MethodHash=d1cce04f) for method ConsoleApp34.Program:Foo(int[])
 :int (FullOpts)
; ============================================================

未优化前37字节，优化后：

G_M8112_IG01:  ;; offset=0x0000
       sub      rsp, 40
            ;; size=4 bbWeight=1 PerfScore 0.25
G_M8112_IG02:  ;; offset=0x0004
       xor      eax, eax
       mov      edx, dword ptr [rcx+0x08]
       test     edx, edx
       jle      SHORT G_M8112_IG04
       xor      r8d, r8d
       align    [0 bytes for IG03]
            ;; size=12 bbWeight=1 PerfScore 3.75
G_M8112_IG03:  ;; offset=0x0010
       add      eax, dword ptr [rcx+4*r8+0x10]
       inc      r8d
       cmp      edx, r8d
       jg       SHORT G_M8112_IG03
            ;; size=13 bbWeight=4 PerfScore 18.00
G_M8112_IG04:  ;; offset=0x001D
       add      rsp, 40
       ret      
            ;; size=5 bbWeight=1 PerfScore 1.25

; Total bytes of code 34, prolog size 4, PerfScore 23.25, 
instruction count 13, allocated bytes for code 34
 (MethodHash=d1cce04f) for method ConsoleApp34.Program:Foo(int[])
 :int (FullOpts)

优化后34字节，减少了3字节，优化的指令如下，刚好三字节。这里的优化点是减却寄存器置零或者赋值(称之为放置0扩展)，进行共用。

mov   41 89 d2  r10d, edx

2.NativeAOT改进：内联+TLS

这种优化，需要了解一些知识点。假如一个类成员被多个线程访问，一般的访问的时候会设置锁，以避免数据干扰。但是，这同时也产生性能问题。为了提高性能，可以把这个类成员放到线程本地存储(TLS)当中，访问的时候直接去线程本地存储获取，这样极大提高了性能。

但是这还不够，我们需要把访问类成员的代码进行内联。进一步提高性能，不然怎么能叫极致性能优化呢？

代码：

:  90000000   adrp  x0, 0 
      5a2f0: R_AARCH64_TLSDESC_ADR_PAGE21  tls_InlinedThreadStatics
   5a2f4:  91000000   add  x0, x0, #0x0
      5a2f4: R_AARCH64_TLSDESC_ADD_LO12  tls_InlinedThreadStatics
   5a2f8:  d53bd041   mrs  x1, tpidr_el0
   5a2fc:  f9400002   ldr  x2, [x0]
      5a2fc: R_AARCH64_TLSDESC_LD64_LO12  tls_InlinedThreadStatics
   5a300:  d63f0040   blr  x2
      5a300: R_AARCH64_TLSDESC_CALL  tls_InlinedThreadStatics
   5a304:  8b000020   add  x0, x1, x0
   5a308:  f9400013   ldr  x19, [x0]

2.PGO的改进:类型检查

PGO是.NET8的一大亮点，启用了动态配置文件引导优化 (PGO)。.NET9 Pre2扩展了PGO，以便分析更多的代码模式。启用分层编译后，RyuJIT 已经将检测插入到程序中以分析其行为;在使用优化重新编译时，RyuJIT 利用它在运行时构建的配置文件来做出特定于程序当前运行的决策。在预览版 2 中，RyuJIT 现在默认使用 PGO 数据来提高类型检查的性能。

一般来说，确定对象的类型需要调用运行时。这会带来一些性能上的损失，也就是说当进行类型检查的时候，运行时为了确保类型正确性，必须进行检查。通过.NET8里面启用的PGO，如果在PGO里面能够确定对象是某个类型，JIT就会用一个快速路径编码，以比较快速的方式进行类型检查。并且在必要的时候退回到慢速路径(常规检查)

bool IsList(IEnumerable source) => source is IList;

如果PGO检测到source总是数组，则会快速路径返回true，否则慢速路径进行检测

if (source is int[])
{
    return true;
}
else
{
    return slow_path(); // Let the runtime figure it out
}

ARM64矢量化

.NET9 Pre2支持了一种新的实现，利用JIT在Arm64上操作寄存器的加载和存储的能力。简单点来说，就是用SEE，YMM等一次性操控32字节或者64字节的寄存器处理更大量的数据，提升性能。

.NET9 AOT ILC

AOT编译分成两个阶段，其一是生成Obj目标文件，其二则是通服务器托管网过链接器链接目标文件生成可执行二进制文件。这里的目标文件和可执行二进制文件都是分别对于相应的平台，比如MacOS/Linux/Win等等平台。

第一步生成Obj目标文件，因为多平台生成。所以.NET9之前，微软采用了LLVM后端生成了目标文件。因为LLVM后端近乎绝对的统治力，它有一百多个指令集级别的后端生成，所以采用LLVM更符合开源特征。

但这一情况到了.NET9发生了变化，.NET9里面微软首次引入了C#代码生成目标文件，取代了LLVM默认的生成。但是LLVM并没有删除，而是同时存在。

这部分代码可以参考：

public static void EmitObject(string objectFilePath, IReadOnlyCollection nodes, NodeFactory factory, ObjectWritingOptions options, IObjectDumper dumper, Logger logger)
 {
     var stopwatch = new Stopwatch();
     stopwatch.Start();

     if (Environment.GetEnvironmentVariable("DOTNET_USE_LLVM_OBJWRITER") == "1")
     {
         LegacyObjectWriter.EmitObject(objectFilePath, nodes, factory, options, dumper, logger);
     }
     else
     {
         ObjectWriter objectWriter =
             factory.Target.IsApplePlatform ? new MachObjectWriter(factory, options) :
             factory.Target.OperatingSystem == TargetOS.Windows ? new CoffObjectWriter(factory, options) :
             new ElfObjectWriter(factory, options);
         objectWriter.EmitObject(objectFilePath, nodes, dumper, logger);
     }

     stopwatch.Stop();
     if (logger.IsVerbose)
         logger.LogMessage($"Done writing object file in {stopwatch.Elapsed}");
 }

如果你不作任何设置，.NET9默认的目标文件生成即是C#自举的代码。但是你如果习惯了LLVM的生成，也可以通过设置环境变量来开启之前的LLVM后端。具体如下：

CMD:          set    DOTNET_USE_LLVM_OBJWRITER=1
Powershell:   $env:  DOTNET_USE_LLVM_OBJWRITER=1
服务器托管网
Unix/Linux:   export DOTNET_USE_LLVM_OBJWRITER=1

dotnet xxx.dll

先设置环境变量，然后通过dotnet命令行运行托管DLL即可复现之前的LLVM后端生成。以上是各个平台的设置。

作者：jianghupt(公众号同名，欢迎关注)

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