------ 新春第一炮:阶乘算法性能分析与 double fault 蓝屏故障排查 Part I ------
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————
春节期间闲来无事想研究下算法,上机测试代码却遇到了意外错误,在此记录整个过程,祝各位新的一年在算法设计和故障排查方面的思维敏锐度媲美 dog 的
嗅觉!
——————————————————————————————————————————————————————————————————————————
整数 n 的阶乘(factorial)记作“n!”,比如要计算 5!,那么就是计算 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120。
在 32 位系统上,“unsigned int(ULONG)”型变量能够持有的最大 10 进制值为 4,294,967,295(FFFF FFFF),意味着无符号数最多只能用来计算
12!(479,001,600 = 1C8C FC00);若计算 13!(6,227,020,800 = 1 7328 CC00)就会发生溢出。
类似地,“int”型变量能够持有的最大 10 进制值为 2,147,483,647(7FFF FFFF),意味着有符号数最多也只能用来计算
12!;若计算 13! 就会发生下溢(8000 0000 = -2,147,483,648)。
一般的编程范式通常以函数递归调用自身来实现阶乘计算,并在函数内部添加递归的终止条件。
下图是一种叫做“尾递归”的阶乘计算算法,从源码级别来看,它的巧妙之处在于第二个形参“computed_value”可以用来保存
本次递归的计算结果,然后作为下一次的输入。每次第一个参数“number”的值都递减,终止条件就是当它降到 1 时,即返回最新的 computed_value
值。“tail_recursivef_factorial()”开头的判断逻辑确保了我们不会因为计算 13! 或更大数的阶乘导致溢出:
作为对比,下图则是另一种“基本递归”的阶乘计算算法,“recursive_factorial()”只有一个形参,就是要计算阶乘的正整数。
前面的逻辑大致与 tail_recursivef_factorial() 相同,除了最后那条 return 语句,它把对自身的递归调用放进了一个表达式中,这种做法对性能的影响是
致命的,因为不得不等待递归调用终止才能完成整个表达式的求值计算:
————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
假设我们忽略溢出的情况,或者在 64 位系统上执行这段代码,就可以传入更大的正整数。而从源码上看,recursive_factorial() 的性能严重依赖于输入
参数——试想要计算 100!,它可能需要反复地创建,销毁函数调用栈帧 100 次,才能完成表达式求值并返回。
反观 tail_recursivef_factorial(),因为它引入了一个额外变量存储每次调用的结果,从形式上而言与 for 循环并无太大区别,
“貌似”编译器可以优化这段代码来生成与 for 循环类似的汇编指令,从而避免函数调用造成的额外 CPU 时钟周期开销(反复的压栈弹栈都需要访问内
存)。
我们的美好愿望是:同样计算 100!,tail_recursivef_factorial() 无需多余的 99 次函数调用栈帧开销,在汇编级别直接用与类似 for 循环的迭代控制结构即可
实现相同效果,使得执行时间大幅缩短。
在后面的调试环节你会看到:这个“美好愿望”或许对其它编译器而言能够成立,对 Visual C/C++ 编译器而言则不行——它还不够智能来进行尾递归优化
(或称尾递归“消除”)。
做性能分析就需要计算两者的执行时间,我们使用内核例程“KeQuerySystemTime()”,分别在两个函数各自的调用前后获取一次当前系统时间,然后相减
得出差值,它就是两种阶乘计算算法的运行时间,如下图,注意黄框部分的逻辑,变量“execution_time_of_factorial_algorithm”存储它们各自的运行时
间:
图中以内联汇编添加的软件断点是为了方便观察 KeQuerySystemTime() 如何使用“LARGE_INTEGER”这个结构体:
原始文档写得很清楚—— KeQuerySystemTime() 输出的系统时间(由一枚“LARGE_INTEGER”型指针引用)
是从 1601年1月1日开始至当前的“100 纳秒”数量,通常约每 10 毫秒会更新一次系统时间。
KeQuerySystemTime() 的输出值是根据 GMT 时区计算的,使用 ExSystemTimeToLocalTime() 可以把它调整为本地时区的值。
既然 1 毫秒 = 1000 微秒 = 1000000 纳秒,只需把这个值除以 10000 即可得到“毫秒数”,再除以 1000 即可得出以秒为单位
的运行时间。
但是事情没那么简单,你想看看:从 1601年1月1日以来到当前 KeQuerySystemTime() 调用经历了多少个“100 纳秒”,无论这个
数值为何,肯定不是 32 位系统上的 4 字节变量能够容纳得下的,所以要么在 64 位 Windows 上调试这段代码,要么必须使用
LARGE_INTEGER 结构体的 QuadPart 字段,该字段实质上是内存中一个连续的 8 字节区域:
以 32 位系统而言,ULONG 型变量最多支持 4294967295 个“100 纳秒”,亦即 429 秒;换言之,阶乘算法运行超过 7 分钟,
就无法用 ULONG 变量(execution_time_of_factorial_algorithm)存储执行时间(该值已溢出所以不正确)。
------ 新春第一炮:阶乘算法性能分析与 double fault 蓝屏故障排查 Part I ------的更多相关文章
- 背景建模技术(二):BgsLibrary的框架、背景建模的37种算法性能分析、背景建模技术的挑战
背景建模技术(二):BgsLibrary的框架.背景建模的37种算法性能分析.背景建模技术的挑战 1.基于MFC的BgsLibrary软件下载 下载地址:http://download.csdn.ne ...
- 分析Windows的死亡蓝屏(BSOD)机制
这篇文章本来是投Freebuf的,结果没过.就贴到博客里吧,图懒得发上来了 对于Windows系统来说,被人们视为洪水猛兽的蓝屏也是一种有利于系统稳定的机制.蓝屏其实是Windows系 统的一种自查机 ...
- Javascript中的冒泡排序,插入排序,选择排序,快速排序,归并排序,堆排序 算法性能分析
阿里面试中有一道题是这样的: 请用JavaScript语言实现 sort 排序函数,要求:sort([5, 100, 6, 3, -12]) // 返回 [-12, 3, 5, 6, 100],如果你 ...
- 专项测试-App性能分析
专项测试 app性能 Activity是Android组件中最基本也是最为常见用的四大组件(Activity,Service服务,Content Provider内容提供者,BroadcastRece ...
- 揪出“凶手”——实战WinDbg分析电脑蓝屏原因
http://www.appinn.com/blue-screen-search-code/ 蓝屏代码查询器 – 找出蓝屏的元凶 11 文章标签: windows / 系统 / 蓝屏. 蓝屏代码查询器 ...
- 常用排序算法的python实现和性能分析
常用排序算法的python实现和性能分析 一年一度的换工作高峰又到了,HR大概每天都塞几份简历过来,基本上一天安排两个面试的话,当天就只能加班干活了.趁着面试别人的机会,自己也把一些基础算法和一些面试 ...
- 笔试算法题(58):二分查找树性能分析(Binary Search Tree Performance Analysis)
议题:二分查找树性能分析(Binary Search Tree Performance Analysis) 分析: 二叉搜索树(Binary Search Tree,BST)是一颗典型的二叉树,同时任 ...
- 十大基础排序算法[java源码+动静双图解析+性能分析]
一.概述 作为一个合格的程序员,算法是必备技能,特此总结十大基础排序算法.java版源码实现,强烈推荐<算法第四版>非常适合入手,所有算法网上可以找到源码下载. PS:本文讲解算法分三步: ...
- 几种常见排序算法的基本介绍,性能分析,和c语言实现
本文介绍6种常见的排序算法,以及他们的原理,性能分析和c语言实现: 为了能够条理清楚,本文所有的算法和解释全部按照升序排序进行 首先准备一个元素无序的数组arr[],数组的长度为length,一个交换 ...
随机推荐
- UEP-保存
uep的保存操作分为ajaxgrid和ajaxform两种方式 1.ajaxgrid public void storeInfoSave(){ try { //两个dataWrap 一个dataWra ...
- 制作ssh互信的docker镜像
Dockerfile FROM ubuntu:16.04 # package RUN apt-get update; apt-get -y install ssh COPY ssh_config /e ...
- javascript数据类型之Array类型
Array类型 除了Object之外,Array类型恐怕是ECMAScript中最常用的类型了.而且,ECMAScript中的数组与其他多数语言中的数组有着相当大的区别.虽然ECMAScript数组与 ...
- ASP.NET core1.0 EF MYSQL搭建中碰到几个问题记录
1.No executable found matching command "dotnet-ef" 看了网上各种办法都没用,最后选择"个人用户账户"创建项 ...
- LNMP安装Let’s Encrypt 免费SSL证书方法:自动安装与手动配置Nginx
前几天介绍了最新StartSSL免费SSL申请与配置,很多人看到部落介绍SSL证书安装时总是推荐了OneinStack,因为OneinStack提供了一键添加和配置Let's Encrypt 免费SS ...
- 动态查询:getBy字段名
http://www.php.cn/php/php-getBy.html 根据字段名动态查询:getBy字段名( ) 该方法很有意思,手册的说得很简略,我们根据源码来好好说道说道~~ 1. 功能:根据 ...
- CSS3 background-size图片自适应
http://www.html5cn.com.cn/css3/2013-04-21/267.html background-size属性和background-origin属性.background- ...
- arclistsg文档独立模型标签
[标签名称] arclistsg [标签简介] 单表独立模型的文档列表调用标记 [功能说明] 用于调用单表模型的内容,在V5.3系统以上版本中加入了单表模型的概念,脱离了以前的主从表的数据表关联结构, ...
- Dede 删除文档同时文章中的图片的方法
首先,在"/include"目录下建立"extend.func.php"文件. 然后,将以下内容保存在"extend.func.php"文件 ...
- 全栈开发之HTML快速入门(一)
一.HTML 是什么? HTML 指的是超文本标记语言 (Hyper Text Markup Language) HTML 不是一种编程语言,而是一种标记语言 (markup language) 标记 ...