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  1. 2008.04.29 OCaml 프로그램 최적화
  2. 2008.04.28 프로그래밍 언어 성능 측정 (5)

OCaml 프로그램 최적화

Posted 2008.04.29 20:45
프로그래밍 언어를 공부를 단계별로 나눈다면

(1) 프로그래밍 언어의 문법를 파악
(2) 프로그래밍 언어의 의미(semantics)를 이해
(3) 프로그래밍 언어 커뮤니티가 사용하는 관례와 용법 파악
(4) 프로그래밍 언어 내부 구현(컴파일러, 인터프리터) 지식을 활용한 최적화 코드 작성

정도의 순서로 진행될 것입니다. OCaml은 일반적으로 상당히 빠른 머신 코드로 컴파일될 수 있다고 알려져 있지만 OCaml 컴파일러가 어떤 최적화 기법을 사용하는지 알면 더욱 더 효율적인 코드를 짤 수 있을 것입니다. 

예를 들어, 다중 인자를 받는 OCaml 함수를 정의할 때 두 가지 방법을 사용할 수 있습니다. OCaml QnA의 Making code run fast라는 글에서 인용했습니다.

fun x y z -> ...


fun (x, y, z) -> ...


첫 번째는 커리(curried) 형태이고, 두 번째는 언커리(uncurried) 함수로 여러 인자를 하나의 튜플로 만든 형태입니다. 

개발자가 느끼기에 두 코드가 하는 일은 거의 동일하지만 OCaml 컴파일러 입장에서 봤을 때는 달라지는 부분이 생깁니다. OCaml 바이트코드 컴파일러(ocamlc)의 경우, 커리 함수는 힙(heap) 할당 없이 스택에 변수를 넘겨서 함수 호출을 수행함을 보장합니다. 반대로 언커리 함수는 힙에 튜플을 만들어서 넘깁니다. 호출된 함수 안에서는 다시 튜플에서 각각의 원소를 꺼내 와야 하기 때문에 커리 함수에 비해 속도가 느려집니다.

그런데 반드시 이렇게 되어야만 하는 것도 아닙니다. 네이티브 컴파일러(ocamlopt)는 두 경우 모두 힙에 할당하지 않고 레지스터를 이용해 파라미터를 전달하기 때문에 두 함수는 성능 차가 없어집니다.

또 하나의 예로, 대부분의 Lisp이나 ML 컴파일러는 부동소수점 계산이 느립니다. 가비지 콜렉션, 다형성/타입 추상화 등 때문에 부동소수를 힙에 할당하고 포인터를 저장하는 방식으로 구현된 경우가 많기 때문입니다. float 두 개 더하려면 포인터를 2개 읽어서 float를 가져와 더한 다음에 그 결과를 다시 포인터가 가리키는 주소에 저장해야 하기 때문에 속도가 느려질 수밖에 없습니다.

컴파일러가 부동소수점을 언박싱(unboxing)하는 최적화를 하면 이 문제를 완화시킬 수 있습니다. 다만 컴파일러가 모든 케이스를 자동으로 언박싱할 수 없기 때문에 몇 가지 트릭을 사용하게 되고, 이런 트릭을 모르는 개발자는 속도가 느린 프로그램을 작성할 수밖에 없게 되는 것이죠.

예전에 조엘(Joel) 아저씨가 "The Law of Leaky Abstraction"을 이야기했는데 그 말이 딱 맞아떨어지는 부분입니다. 프로그래밍 언어를 추상화시켜서 내부 구현을 모르도록 만들어놨지만 결국 제대로 사용하려면 내부 구현을 상당 부분 알아야 한다는 것이죠.


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프로그래밍 언어 성능 측정

Posted 2008.04.28 20:40
프로그래밍 언어의 특성 중 실용적인 관점에서 가장 중요한 요소 중 하나는 성능입니다. 요즘 동적 언어가 인기를 얻는 것을 보면 생산성이 성능보다 더 높은 점수를 얻고 있는 것 같긴 하지만, Python이나 Ruby를 .NET이나 JVM으로 포팅해서 HotSpot이나 JIT을 이용하려는 시도는 성능은 여전히 중요한 요소임을 반증합니다. (물론 .NET이나 JVM의 방대한 라이브러리를 재활용하고 다른 언어로 작성된 프레임워크를 사용하려는 목적도 큽니다.)

프로그래밍 언어 자체의 성능은 비교할 수가 없습니다. C 언어라도 컴파일러가 거지같으면 굉장히 느릴 수 있고, 옛날에 느리다고 욕먹던 Java도 근래 많은 최적화를 한 서버 JVM을 사용하면 C/C++과 유사한 정도로 성능이 올라가기도 하니깐요. 따라서 프로그래밍 언어 보다는 프로그래밍 언어의 구현을 놓고 성능을 비교해야 합니다.

그런데 벤치마크라는 게 컴파일러나 인터프리터 몇 개 갖다 놓으면 바로 비교가 되는 것이 아니고 또 별도의 벤치마크 프로그램을 통해 간접적으로 테스트해야만 합니다. 어떻게 벤치마크 할 것이냐를 놓고 이견이 많고 시끄러울 수밖에 없습니다. 어떤 언어는 과학 연산만 죽어라고 하는 벤치마크에는 매우 취약한 반면에 문자열 연산이 많은 벤치마크에는 좋은 성능을 보여줄 수도 있으니깐요.

어느 정도 신빙성이 있는지는 모르겠지만, Debian에서 프로그래밍 언어를 비교하는 벤치마크를 하나 제공하고 있습니다. The Computer LanguageBenchmarks Game인데, Gentoo나 Debian이 깔린 리눅스 머신에서 몇 가지 벤치마크의 성능을 순서대로 보여줍니다. 모든 벤치마크를 모든 언어에 대해 돌려보니, Java 6 -server의 성능이 인상적이고, 함수 언어인 Clean, Haskell GHC, OCaml 등도 상당히 좋네요.

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