빵집 개발자 양병규님께서 이 글의 이전 글인 Adobe Alchemy 속도 테스트에 대해 이런 답변을 달아주셨다.
컴파일러에 대해서 조금 관심을 가져보시면 알 수 있을텐데요…
음… 뭐랄까…
그 최적화라는 것이 불필요한 일은 안하고 같은 기능이라면 더 빠른 기능으로 대치하고.. 그런일을 하는 것이 컴파일러의 최적화인데요..
제가 보기에는
for( i=0; i < 1000000; i++ )
{
result = sin( 0.332 ) + cos( 0.123 ) + tan(0.333) * log(3);
}
이 부분이.. 최적화를 하면 루프를 1000000번 돌지 않고 한방에 끝낼것같습니다. 최적화알고리즘중에서 루프문안에서의 내용이 반복을 해도 변화가 없는 경우에는 루프를 한방에 끝내도록 하는 알고리즘이 있습니다. 이 예가 그런 예일것 같은데요..
암튼.. ActionScript에는 그런 최적화가 없는데 이미 오랜 역사동안 만들어진 C/C++언어의 최적화 기술이 적용되면 분명히 나은 결과를 보일 것 으로 예상됩니다. ^^;(물론 코딩하는 사람의 실력이 좋을 수록 최적화의 효과가 떨어지겠지만)
그리고..
저는 아무리 봐도 C/C++로 코딩한 것이 결국 몽땅 ActionScript로 만들어지는 것이 맞는 것 같습니다. SWF에는 ActionScript 이 외에 다른 실행코드는 존재하지 않습니다. 최종적으로 만들어진 결과가 *.SWF(*.SWC)이지 않습니까? SWF File Format Specification Version 10 문서 278페이지를 다 훑어봐도 ActionScript 이외에는 실행코드가 없습니다. 머.. DLL을 임포트한다거나 별도의 실행코드용 외부 라이브러리가 있다거나… 그런건 전혀 없습니다.
malloc 함수 같은 경우의 예를 들어보면 ActionScript에는 malloc과 동일한 역할을 하는 어셈블명령은 없습니다. 하지만 ActionInitArray와 같이 긴 변수를 사용할 수 있는 명령으로 ‘구현’은 할 수 있을겁니다. 아마도 그런 방법으로 구현되지 않았나싶습니다.
어쨋든 Alchemy는 C/C++을 100% ActionScript로 변환해 주는게 맞고.. 함수사용, 변수사용, 최적화, 수학함수의 구현, 각종 기초 알고리즘등 기초적인 부분에서 훨씬 우월하기 때문에 좋은 효과를 나타내고 있는 것으로 생각됩니다.
시간이 나면 Alchemy에서 만들어진 SWF 파일을 분석해 보면 아주 좋은 공부가 될것같습니다. ^^;
양병규님의 의견중 최적화에 대한 것을 다시 살펴보자면 -O3 옵션으로 인해 최적화 알고리즘이 적용되어 for문이 없어지고 result = sin( 0.332 ) + cos( 0.123 ) + tan(0.333) * log(3); 만 남는다는 것을 지적하고 ActionScript 3.0에는 이런 최적화 기능이 없기 때문에 실제로 돌려보면 C코드는 1번만 수행하는 반면 ActionScript 3.0에서는 원래대로 1백만번 루프를 돈다는 것이다.
또한 여러 상황에 비추어볼때 Alchemy는 C/C++ 코드를 100% ActionScript 3.0으로 변경하는게 맞다고 말씀해 주었다.
이 의견을 읽고 맞는 말인 것 같다고 생각해서 코드를 다음과 같이 수정했다.
1. C 코드 최적화를 방지해서 다시 속도 테스트
speedtest.c
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include "AS3.h"
static AS3_Val c_speed_test(void* self, AS3_Val args)
{
int i;
double result = 0;
for( i=0; i < 10000000; i++ )
{
result += sin( i ) * cos( i );
}
return AS3_Number(result);
}
int main()
{
AS3_Val method = AS3_Function( NULL, c_speed_test );
AS3_Val result = AS3_Object( "c_speed_test: AS3ValType", method );
AS3_Release( method );
AS3_LibInit( result );
return 0;
}
AlchemySpeedTest.as
package {
import cmodule.speedtest.CLibInit;
import flash.display.Sprite;
import flash.display.StageAlign;
import flash.display.StageScaleMode;
import flash.text.TextField;
import flash.text.TextFieldAutoSize;
import flash.text.TextFormat;
import flash.utils.getTimer;
public class AlchemySpeedTest extends Sprite
{
public function AlchemySpeedTest()
{
stage.scaleMode = StageScaleMode.NO_SCALE;
stage.align = StageAlign.TOP_LEFT;
var loader:CLibInit = new CLibInit();
var lib:Object = loader.init();
var startTime:Number;
startTime = getTimer();
var cResult:String = "c returned value : " + lib.c_speed_test(null) + " delay time(ms) : " + (getTimer()-startTime);
startTime = getTimer();
var asResult:String = "as3 returned value : " + as3_speed_test() + " delay time(ms) : " + (getTimer()-startTime);
var textField:TextField = new TextField();
textField.text = cResult + "\n" + asResult;
textField.width = 500;
textField.autoSize = TextFieldAutoSize.LEFT;
textField.wordWrap = true;
textField.defaultTextFormat = new TextFormat( null, 12 );
addChild(textField);
}
public function as3_speed_test():Number
{
var i:int;
var result:Number = 0;
for (i = 0; i < 10000000; i++)
{
result += Math.sin( i ) + Math.cos( i );
}
return result;
}
}
}
이 코드에서 달라진 것은 gcc로 c를 컴파일 할 때 -O3와 같은 최적화 알고리즘 적용을 하더라도 전과 같이 for문이 삭제되는 것을 방지하도록 했다.
이전 코드
for( i=0; i < 1000000; i++ )
{
result = sin( 0.332 ) + cos( 0.123 ) + tan(0.333) * log(3);
}
새로 바꾼 코드
for( i=0; i < 10000000; i++ )
{
result += sin( i ) * cos( i );
}
새로 바꾼 코드는 sin(), cos()함수에 계속 변화되는 값을 넣어주었고 그 결과가 누적되도록 했다. 이로써 최적화를 하더라도 for문이 적용되지 않는 경우는 없을 것이다.
컴파일은 아래와 같이 한다.
gcc speedtest.c –03 –Wall –swc –o speedtest.swc
mxmlc.exe –library-path+=speedtest.swc –target-player=10.0.0 AlchemySpeedTest.as
결과는 다음과 같다.
c returned value : 0.24755567269650028 delay time(ms) : 3425
as3 returned value : 2.873882594355213 delay time(ms) : 3184
예상대로 gcc –O3 로 인해 최적화가 적용되었던 것이다. 양병규 님의 말에 힘이 실리는 듯하다.
2. ActionScript 3.0 Native Vector3D, Matrix3D와 C++의 Vector3D, Matrix3D 속도테스트
Flash Player 10부터 추가된 ActionScript 3.0 API중에 Vector3D, Matrix3D가 있다. 이 클래스들은 3D 표현을 위한 다양한 기능을 제공하고 있다. Native 코드이므로 소스코드는 직접 볼 수 없다.
ActionScript 3.0의 Vector3D와 Matrix3D 대신 C++로 Vector3D, Matrix3D를 만들어서 서로 수행속도를 비교해보도록 하겠다.
아래는 Vector3D와 Matrix3D C++코드, 그리고 이들을 속도 테스트 할 수 있는 C++코드, ActionScript 3.0과 C++과 속도 테스트 할 수 있도록 제작한 ActionScript 3.0 코드가 나열되어 있다.
Vector3D.h
#ifndef VECTOR3D_H_
#define VECTOR3D_H_
#include "AS3.h"
class Vector3D {
public :
Vector3D();
Vector3D(double x, double y, double z);
Vector3D(const AS3_Val& as3Vector);
virtual ~Vector3D();
double dot(const Vector3D& v) const;
Vector3D cross(const Vector3D& v) const;
double modulus() const;
Vector3D normalise() const;
void setX(double x);
void setY(double y);
void setZ(double z);
double getX() const;
double getY() const;
double getZ() const;
private :
double _x;
double _y;
double _z;
};
#endif /*VECTOR3D_H_*/
Matrix3D.h
#ifndef MATRIX3D_H_
#define MATRIX3D_H_
#include "Vector3D.h"
class Matrix3D {
public :
Matrix3D();
virtual ~Matrix3D();
void setRotationX(double degrees);
void setRotationY(double degrees);
void setRotationZ(double degrees);
void setIdentity();
Vector3D transformVector(const Vector3D& vector) const;
private :
double _M00;
double _M01;
double _M02;
double _M10;
double _M11;
double _M12;
double _M20;
double _M21;
double _M22;
};
#endif /*MATRIX3D_H_*/
Vector3D.cpp
#include "Vector3D.h"
#include <cmath>
Vector3D::Vector3D() :
_x(0),
_y(0),
_z(0) {
}
Vector3D::Vector3D(const AS3_Val& as3Vector) {
AS3_ObjectValue(as3Vector, "x:DoubleType, y:DoubleType, z:DoubleType", &_x, &_y, &_z);
}
Vector3D::Vector3D(double x, double y, double z) :
_x(x),
_y(y),
_z(z) {
}
Vector3D::~Vector3D() {
}
double Vector3D::dot(const Vector3D& v) const {
return v._x*_x + v._y*_y + v._z*_z;
}
Vector3D Vector3D::cross(const Vector3D& v) const {
Vector3D result;
result._x = _y*v._z - _z*v._y;
result._y = _z*v._x - _x*v._z;
result._z = _x*v._y - _y*v._x;
return result;
}
double Vector3D::modulus() const {
return std::sqrt(_x*_x + _y*_y + _z*_z);
}
Vector3D Vector3D::normalise() const {
double mod = modulus();
return Vector3D(_x/mod, _y/mod, _z/mod);
}
void Vector3D::setX(double x) {
_x = x;
}
void Vector3D::setY(double y) {
_y = y;
}
void Vector3D::setZ(double z) {
_z = z;
}
double Vector3D::getX() const {
return _x;
}
double Vector3D::getY() const {
return _y;
}
double Vector3D::getZ() const {
return _z;
}
Matrix3D.cpp
#include "Matrix3D.h"
#include <cmath>
Matrix3D::Matrix3D() :
_M00(1),
_M01(0),
_M02(0),
_M10(0),
_M11(1),
_M12(0),
_M20(0),
_M21(0),
_M22(1) {
}
Matrix3D::~Matrix3D() {
}
void Matrix3D::setIdentity() {
_M00 = 1;
_M01 = 0;
_M02 = 0;
_M10 = 0;
_M11 = 1;
_M12 = 0;
_M20 = 0;
_M21 = 0;
_M22 = 1;
}
void Matrix3D::setRotationX(double degrees) {
setIdentity();
double radians = degrees / 180 * M_PI;
_M11 = cos(radians);
_M12 = -sin(radians);
_M21 = sin(radians);
_M22 = cos(radians);
}
void Matrix3D::setRotationY(double degrees) {
setIdentity();
double radians = degrees / 180 * M_PI;
_M00 = cos(radians);
_M02 = sin(radians);
_M20 = -sin(radians);
_M22 = cos(radians);
}
void Matrix3D::setRotationZ(double degrees) {
setIdentity();
double radians = degrees / 180 * M_PI;
_M00 = cos(radians);
_M01 = -sin(radians);
_M10 = sin(radians);
_M11 = cos(radians);
}
Vector3D Matrix3D::transformVector(const Vector3D& vector) const {
Vector3D result;
result.setX(_M00*vector.getX() + _M01*vector.getY() + _M02*vector.getZ());
result.setY(_M10*vector.getX() + _M11*vector.getY() + _M12*vector.getZ());
result.setZ(_M20*vector.getX() + _M21*vector.getY() + _M22*vector.getZ());
return result;
}
alchemy_speed_test.cpp
#include "AS3.h"
#include "Vector3D.h"
#include "Matrix3D.h"
AS3_Val speedTest1(void* self, AS3_Val args) {
// Declare AS3 variables
AS3_Val as3Vector1;
AS3_Val as3Vector2;
// Extract variables from arguments array
AS3_ArrayValue(args, "AS3ValType, AS3ValType", &as3Vector1, &as3Vector2);
// Create native C++ objects with AS3 parameters
Vector3D vector1(as3Vector1);
Vector3D vector2(as3Vector2);
Vector3D vector3;
// Speed test : calculate cross products and normalise
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
vector3 = vector1.cross(vector2);
vector3 = vector3.normalise();
vector1 = vector2;
vector2 = vector3;
}
// Obtain a class descriptor for the AS3 Vector3D class
AS3_Val vector3DClass = AS3_NSGet(AS3_String("flash.geom"), AS3_String("Vector3D"));
AS3_Val params = AS3_Array("");
// Construct a new AS3 Vector3D object with empty parameters
AS3_Val result = AS3_New(vector3DClass, params);
// Set the x, y and z properties of the AS3 Vector3D object, casting as appropriate
AS3_Set(result, AS3_String("x"), AS3_Number(vector3.getX()));
AS3_Set(result, AS3_String("y"), AS3_Number(vector3.getY()));
AS3_Set(result, AS3_String("z"), AS3_Number(vector3.getZ()));
// Release what’s no longer needed
AS3_Release(params);
AS3_Release(vector3DClass);
// return the AS3 Vector
return result;
}
AS3_Val speedTest2(void* self, AS3_Val args) {
// Declare AS3 variable
AS3_Val as3Vector;
// Extract variables from arguments array
AS3_ArrayValue(args, "AS3ValType", &as3Vector);
// Create native C++ object with AS3 parameters
Vector3D vector(as3Vector);
Vector3D copy = vector;
Matrix3D rotationX;
Matrix3D rotationY;
Matrix3D rotationZ;
// Speed test : calculate rotation matrices and transform vector
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
vector = copy;
for (double ang = 0; ang < 180; ang++) {
rotationX.setRotationX(ang);
rotationY.setRotationY(ang);
rotationZ.setRotationZ(ang);
vector = rotationX.transformVector(vector);
vector = rotationY.transformVector(vector);
vector = rotationZ.transformVector(vector);
}
}
// Obtain a class descriptor for the AS3 Vector3D class
AS3_Val vector3DClass = AS3_NSGet(AS3_String("flash.geom"), AS3_String("Vector3D"));
AS3_Val params = AS3_Array("");
// Construct a new AS3 Vector3D object with empty parameters
AS3_Val result = AS3_New(vector3DClass, params);
// Set the x, y and z properties of the AS3 Vector3D object, casting as appropriate
AS3_Set(result, AS3_String("x"), AS3_Number(vector.getX()));
AS3_Set(result, AS3_String("y"), AS3_Number(vector.getY()));
AS3_Set(result, AS3_String("z"), AS3_Number(vector.getZ()));
// Release what’s no longer needed
AS3_Release(params);
AS3_Release(vector3DClass);
// return the AS3 Vector
return result;
}
/**
* Main entry point for Alchemy compiler. Declares all functions available
* through the Alchemy bridge.
*/
int main() {
// Declare all methods exposed to AS3 typed as Function instances
AS3_Val speedTest1Method = AS3_Function(NULL, speedTest1);
AS3_Val speedTest2Method = AS3_Function(NULL, speedTest2);
// Construct an object that contains references to all the functions
AS3_Val result = AS3_Object("speedTest1:AS3ValType, speedTest2:AS3ValType", speedTest1Method, speedTest2Method);
// Release what’s no longer needed
AS3_Release(speedTest1Method);
AS3_Release(speedTest2Method);
// Notify the bridge of what has been created — THIS DOES NOT RETURN!
AS3_LibInit(result);
// Should never get here!
return 0;
}
AlchemySpeedTest.as
package {
import cmodule.alchemy_speed_test.CLibInit;
import flash.display.Sprite;
import flash.display.StageAlign;
import flash.display.StageScaleMode;
import flash.geom.Matrix3D;
import flash.geom.Vector3D;
import flash.text.TextField;
import flash.text.TextFieldAutoSize;
import flash.utils.getTimer;
public class AlchemySpeedTest extends Sprite {
private var vectorUtils:Object;
public function AlchemySpeedTest() {
// Set up the stage
stage.align = StageAlign.TOP_LEFT;
stage.scaleMode = StageScaleMode.NO_SCALE;
// Create the Alchemy bridge to C++ methods
var loader:CLibInit = new CLibInit;
vectorUtils = loader.init();
// Create a text field
var timerText1:TextField = new TextField();
var timerText2:TextField = new TextField();
var timerText3:TextField = new TextField();
var timerText4:TextField = new TextField();
timerText1.autoSize = TextFieldAutoSize.LEFT;
timerText2.autoSize = TextFieldAutoSize.LEFT;
timerText3.autoSize = TextFieldAutoSize.LEFT;
timerText4.autoSize = TextFieldAutoSize.LEFT;
timerText1.y = 0;
timerText2.y = 30;
timerText3.y = 60;
timerText4.y = 90;
addChild(timerText1);
addChild(timerText2);
addChild(timerText3);
addChild(timerText4);
var time0:int;
var totalTime1:int;
var totalTime2:int;
var totalTime3:int;
var totalTime4:int;
// Perform the speed test
time0 = getTimer();
var vector1:Vector3D = speedTest1();
totalTime1 = getTimer() - time0;
time0 = getTimer();
var vector2:Vector3D = speedTest2();
totalTime2 = getTimer() - time0;
time0 = getTimer();
var vector3:Vector3D = nativeSpeedTest1();
totalTime3 = getTimer() - time0;
time0 = getTimer();
var vector4:Vector3D = nativeSpeedTest2();
totalTime4 = getTimer() - time0;
// Display elapsed time and final vector
timerText1.text = "1. Alchemy Time taken = " + totalTime1 + " vector = (" + vector1.x + ", " + vector1.y + ", " + vector1.z + ")";
timerText2.text = "1. Native Time taken = " + totalTime3 + " vector = (" + vector3.x + ", " + vector3.y + ", " + vector3.z + ")";
timerText3.text = "2. Alchemy Time taken = " + totalTime2 + " vector = (" + vector2.x + ", " + vector2.y + ", " + vector2.z + ")";
timerText4.text = "2. Native Time taken = " + totalTime4 + " vector = (" + vector4.x + ", " + vector4.y + ", " + vector4.z + ")";
}
/**
* Speed test using C++ to iteratively calculate the cross products of two vectors
*/
private function speedTest1():Vector3D {
var vector1:Vector3D = new Vector3D(0.123, 0.456, 0.789);
var vector2:Vector3D = new Vector3D(0.987, 0.654, 0.321);
return vectorUtils.speedTest1(vector1, vector2);
}
/**
* Speed test using C++ to iteratively calculate rotation matrices and apply these to a vector
*/
private function speedTest2():Vector3D {
var vector:Vector3D = new Vector3D(0.123, 0.456, 0.789);
return vectorUtils.speedTest2(vector);
}
/**
* Speed test using AS3 to iteratively calculate the cross products of two vectors
*/
private function nativeSpeedTest1():Vector3D {
var vector1:Vector3D = new Vector3D(0.123, 0.456, 0.789);
var vector2:Vector3D = new Vector3D(0.987, 0.654, 0.321);
var vector3:Vector3D;
var time0:int = getTimer()
for (var i:int = 0; i < 1000000; i++) {
vector3 = vector1.crossProduct(vector2);
vector3.normalize();
vector1 = vector2;
vector2 = vector3;
}
return vector3;
}
/**
* Speed test using AS3 to iteratively calculate rotation matrices and apply these to a vector
*/
private function nativeSpeedTest2():Vector3D {
var vector:Vector3D = new Vector3D(0.123, 0.456, 0.789);
var copy:Vector3D = vector.clone();
var rotationX:Matrix3D = new Matrix3D();
var rotationY:Matrix3D = new Matrix3D();
var rotationZ:Matrix3D = new Matrix3D();
for (var i:int = 0; i < 1000; i++) {
vector = copy.clone();
for (var ang:Number = 0; ang < 180; ang++) {
rotationX.identity();
rotationX.appendRotation(ang, Vector3D.X_AXIS);
rotationY.identity();
rotationY.appendRotation(ang, Vector3D.Y_AXIS);
rotationZ.identity();
rotationZ.appendRotation(ang, Vector3D.Z_AXIS);
vector = rotationX.transformVector(vector);
vector = rotationY.transformVector(vector);
vector = rotationZ.transformVector(vector);
}
}
return vector;
}
}
}
위 코드에서 alchemy_speed_test.cpp에 speedTest1(), speedTest2()가 만들어져 있고 AlchemySpeedTest.as 안에는 C++ 코드를 호출할 수 있는 함수와 ActionScript 3.0 Native Vector3D와 Matrix3D 속도를 테스트해보는 nativeSpeedTest1(), nativeSpeedTest2() 함수가 정의되어 있다.
speedTest1()과 nativeSpeedTest1()은 2개의 Vector간에 dot product 연산과 Normalisation을 1백만번 반복해서 결과를 반환하다. 반면 speedTest2()와 nativeSpeedTest2()는 x,y,z축 회전에 대한 Matrix를 3개 만들어 Vector를 회전을 반복한 다음 결과를 반환한다.
C++파일들을 컴파일 하기 위해 Makefile을 만들었다.
.SUFFIXES: .cpp .c .o
NAME=alchemy_speed_test
PATH:=${ALCHEMY_HOME}/achacks:${PATH}
CC = gcc
CCPP = g++
FLAGS = -O3 -Wall
OBJS = $(NAME).o Matrix3D.o Vector3D.o
.cpp.o:
$(CCPP) $(FLAGS) -c $<
.c.o:
$(CC) $(FLAGS) -c $<
$(NAME) : $(OBJS)
$(CC) $(FLAGS) -swc -o $(NAME).swc $(OBJS)
clean:
rm $(OBJS) $(NAME).swc
rm swfbridge.log
rm *achacks*
rm -r _sb_*
Window사용자중 Cygwin을 사용하시는 분은 make 패키지를 설치해야 이 Makefile을 구동할 수 있다.
프롬프트 상에서 make 명령을 하면 Makefile을 구동하여 C++파일을 컴파일 할 수 있다.
만약 make를 사용하지 않으면 아래와 같이 컴파일해도 된다.
g++ –O3 –Wall –c alchemy_speed_test.cpp
g++ –O3 –Wall –c Matrix3D.cpp
g++ –O3 –Wall –c Vector3D.cpp
gcc –O3 –Wall –swc –o alchemy_speed_test.swc alchemy_speed_test.o Matrix3D.o Vector3D.o
마지막으로 컴파일된 alchemy_speed_test.swc 을 AlchemySpeedTest.as에 추가해서 컴파일 한다.
mxmlc.exe –library-path+=alchemy_speed_test.swc –target-player=10.0.0 AlchemySpeedTest.as
생성된 AlchemySpeedTest.swf 를 Flash Player 10에서 구동하면 다음과 같은 결과가 나온다.
1. Alchemy Time taken = 200 vector = (-0.40824829046386324, 0.8164965809277259, -0.4082482904638632)
1. Native Time taken = 1065 vector = (-0.4082482904638631, 0.816496580927726, -0.4082482904638629)
2. Alchemy Time taken = 290 vector = (-0.6365049502756422, 0.662044570582514, -0.04630804289556738)
2. Native Time taken = 893 vector = (-0.6365604400634766, 0.6619919538497925, -0.04631434381008148)
결국 결과는 다음과 같다.
Vector dot Product 연산과 Normalisation의 경우
- Alchemy : 201 ms
- Native : 1090 ms
회전행렬 생성과 Vector 변환의 경우
- Alchemy : 301 ms
- Native : 908 ms
이전과 다르게 수행속도의 차이를 보이고 있다. 이 결과만 놓고 볼 때 필요할 때는 C/C++로 만들어 최적화 할 수 있도록 만들 수 있겠다는 생각을 가진다. 하지만 많은 차이를 보이지 않아 실제 속도해결에 있어서 필요성에 대해서는 의문을 가질 수 있겠다. 아래서부터 Alchemy를 더욱 이해해 보도록 하겠다.
Alchemy를 깊게 이해하자.
Adobe labs에서 Alchemy에 대한 소개를 보면 ActionScript 3.0 코드보다 더욱 빠를 것이다라고 언급하고 있다. 하지만 지금까지의 결과를 볼 때 실제로는 기대만큼 효과적으로 빠른 것 같지는 않다. Alchemy를 사용해서 수행속도에 대한 이점을 이끌어내기 위해서는 Alchemy 본질을 어느 정도 이해할 필요가 있다고 생각했다.
아래 Alchemy에 대한 내용은 나름대로 자료를 찾아서 안되는 영어로 번역해보고 분석해봐서 정리한 내용이다. 혹시 잘못된 내용이 있을 수 있다. 따끔한 지적도 마다하지 않겠다. ^^
Alchemy를 이용해 C/C++ 코드를 SWF로 컴파일 하는 과정은 다음과 같다.
- C/C++ 코드를 LLVM(Low Level Virtual Machine) 바이트 코드로 변환한다.(확장자 .bc)
- LLVM 코드를 ActionScript 3.0 코드로 변환한다. (확장자 .as)
- ActionScript 3.0 코드를 ActionScript Byte Code로 변환한다.(확장자 .abc)
- 마지막으로 swc를 만든다. (확장자 .swc)
Alchemy의 중요 요소중 하나는 LLVM(Low Level Virtual Machine)이다. LLVM은 컴파일러 컴포넌트로 여러 언어를 중간코드로 변경하여 언어와 플랫폼에 독립적이고 컴파일, 링크시 런타임등 각 시점에서 최적화를 시켜준다. 자체적인 중간코드(intermediate representation)을 바탕으로 프로그래밍 언어와 CPU에 독립적인 최적화기, GCC기반의 C/C++ 프론트엔드(front-end), 그리고 X86, X86-64, PowerPC, ARM, IA-64, SPARC, Mips, Alpha, c 소스 백엔드(back-end), 또한 메모리에 코드를 생성해 실행할 수 있는 JIT 백엔드 등을 포함하고 있다.
Alchemy 설치 디렉토리를 $ALCHEMY_HOME 이라고 한다면 $ALCHEMY_HOME/achacks 내에 gcc가 있다. gcc는 sh코드로 만들어져 있고 이 안에서 C/C++코드를 SWC로 컴파일하기 위한 모든 과정이 들어간다. gcc 파일에서 첫번째 하는 과정은 해당 C/C++코드를 LLVM 바이트 코드(.bc)로 바꾸는 일이다. 이때 사용되는 도구가 $ALCHEMY_HOME/bin/llvm-gcc와 llvm-ld이다. 예를 들어 아래와 같은 코드가 실행된다.
$ llvm-gcc -v -emit-llvm -nostdinc -I$ALCHEMY_HOME/avm2-libc/include -I/usr/local/include –include $ALCHEMY_HOME/avm2-libc/avm2/AVM2Env.h echotest.c -c -o echo.o
$ llvm-ld -o=echotest -O5 -internalize-public-api-list=_start,malloc,free,__adddi3,__anddi3,__ashldi3,__ashrdi3,__cmpdi2,__divdi3, __fixdfdi,__fixsfdi,__fixunsdfdi,__fixunssfdi,__floatdidf,__floatdisf,__floatunsdidf, __iordi3,__lshldi3,__lshrdi3,__moddi3,__muldi3,__negdi2,__one_cmpldi2,__qdivrem, __adddi3,__anddi3,__ashldi3,__ashrdi3,__cmpdi2,__divdi3,__qdivrem,__fixdfdi, __fixsfdi,__fixunsdfdi,__fixunssfdi,__floatdidf,__floatdisf,__floatunsdidf,__iordi3, __lshldi3,__lshrdi3,__moddi3,__muldi3,__negdi2,__one_cmpldi2,__subdi3, __ucmpdi2,__udivdi3,__umoddi3,__xordi3,__subdi3,__ucmpdi2,__udivdi3, __umoddi3,__xordi3,__error $ALCHEMY_HOME/avm2-libc/lib/avm2-libc.l.bc echotest.o
위 과정은 llvm-gcc로 echotest.c를 echotest.o로 만들고 llvm-ld로 echotest.o를 avm2-libc.l.bc와 링크해서 echotest와 echotest.bc를 만들어준다. echotest는 echotest.bc를 실행하는 sh파일이다.
참고로 LLVM 바이트 코드인 echotest.bc는 $ALCHEMY_HOME/bin/llvm-dis를 이용해 이 도구는 disassemble하는 역할을 한다. LLVM 홈페이지에 online demo를 보면 쉽게 이런 과정을 볼 수 있다. online demo에서 LLVM disassemble를 보면 다음 c코드가 어떻게 LLVM 바이트 코드로 바뀌는지 확인해볼 수 있다.
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv) {
printf("%d\n", 1);
}
다음은 위 코드를 LLVM 바이트 코드로 바꾼 것은 disassemble 한 것이다.
; ModuleID = ‘/tmp/webcompile/_5616_0.bc’
target datalayout = "e-p:32:32:32-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:32:64-f32:32:32-f64:32:64-v64:64:64-v128:128:128-a0:0:64-f80:32:32"
target triple = "i386-pc-linux-gnu"
@.str = internal constant [4 x i8] c"%d\0A\00" ; <[4 x i8]*> [#uses=1]
define i32 @main(i32 %argc, i8** %argv) nounwind {
entry:
%0 = tail call i32 (i8*, …)* @printf(i8* noalias getelementptr ([4 x i8]* @.str, i32 0, i32 0), i32 1) nounwind ; <i32> [#uses=0]
ret i32 undef
}
declare i32 @printf(i8*, …) nounwind
다음으로 $ALCHEMY_HOME/bin에 있는 llc 도구를 이용해 ActionScript 3.0 코드를 만든다.
$ llc -march=avm2 -avm2-use-memuser -o=echotest.as -avm2-package-name=cmodule.echotest echotest.bc
다음 코드가 만들어진 ActionScript 3.0 코드이다.
package cmodule.speedtest {
// Start of file scope inline assembly
import flash.utils.*
import flash.display.*
import flash.text.*
import flash.events.*
import flash.net.*
import flash.system.*
public var gdomainClass:Class;
public var gshell:Boolean = false;
public function establishEnv():void
{
try
{
var ns:Namespace = new Namespace("avmplus");
gdomainClass = ns::["Domain"];
gshell = true;
}
catch(e:*) {}
if(!gdomainClass)
{
var ns:Namespace = new Namespace("flash.system");
gdomainClass = ns::["ApplicationDomain"];
}
}
establishEnv();
……(생략)
public const _c_speed_test:int = regFunc(FSM_c_speed_test.start)
public final class FSM_c_speed_test extends Machine {
public static function start():void {
var result:FSM_c_speed_test = new FSM_c_speed_test
gstate.gworker = result
}
public var i0:int
public static const intRegCount:int = 1
public var f0:Number, f1:Number, f2:Number, f3:Number
public static const NumberRegCount:int = 4
public final override function work():void {
Alchemy::SetjmpAbuse { freezeCache = 0; }
__asm(label, lbl("_c_speed_test_entry"))
__asm(push(state), switchjump(
"_c_speed_test_errState",
"_c_speed_test_state0",
"_c_speed_test_state1"))
__asm(lbl("_c_speed_test_state0"))
__asm(lbl("_c_speed_test__XprivateX__BB75_0_F"))
mstate.esp -= 4; __asm(push(mstate.ebp), push(mstate.esp), op(0×3c))
mstate.ebp = mstate.esp
mstate.esp -= 0
f0 = (0)
i0 = (0)
__asm(jump, target("_c_speed_test__XprivateX__BB75_1_F"), lbl("_c_speed_test__XprivateX__BB75_1_B"), label, lbl("_c_speed_test__XprivateX__BB75_1_F"));
f1 = f0
f2 = (Number(i0))
f0 = f2
//InlineAsmStart
f0 = Math.sin(f0);
//InlineAsmEnd
f3 = f0
f0 = f2
//InlineAsmStart
f0 = Math.cos(f0);
//InlineAsmEnd
f0 = (f3 * f0)
i0 = (i0 + 1)
f0 = (f0 + f1)
__asm(push(i0==10000000), iftrue, target("_c_speed_test__XprivateX__BB75_3_F"))
__asm(lbl("_c_speed_test__XprivateX__BB75_2_F"))
__asm(jump, target("_c_speed_test__XprivateX__BB75_1_B"))
__asm(lbl("_c_speed_test__XprivateX__BB75_3_F"))
mstate.esp -= 8
__asm(push(f0), push(mstate.esp), op(0×3e))
state = 1
mstate.esp -= 4;(mstate.funcs[_AS3_Number])()
return
__asm(lbl("_c_speed_test_state1"))
i0 = mstate.eax
mstate.esp += 8
mstate.eax = i0
mstate.esp = mstate.ebp
mstate.ebp = __xasm<int>(push(mstate.esp), op(0×37)); mstate.esp += 4
//RETL
mstate.esp += 4
mstate.gworker = caller
return
__asm(lbl("_c_speed_test_errState"))
throw("Invalid state in _c_speed_test")
}
}
……(생략)
Alchemy로 C 또는 C++ 코드의 컴파일 결과는 기본적으로 ActionScript 와 AVM2 바이트 코드로 만들어진 하나의 클래스가 된다. 이 과정에서 결과물인 SWC는 C와 C++이 C 라이브러리와 POSIX를 지원에 필요할 수 있는 것도 함께 컴파일 되므로 크기가 커진다. 가령 54줄의 C코드를 Alchemy를 통해 컴파일 하면 27415줄의 ActionScript 코드가 만들어진다. 방금 위에서 이러한 현상을 확인할 수 있었다.
다음으로 asc.jar를 이용해 만들어진 ActionScript 파일을 swf로 만든다. 이 과정에서 playerglobal.abc와 global.abc를 포함한다.
$ java -Xms16M -Xmx1024M -jar $ALCHEMY_HOME/bin/asc.jar -AS3 -strict -import $ALCHEMY_HOME/flashlibs/global.abc -import $ALCHEMY_HOME/playerglobal.abc -d -config Alchemy::Shell=false -config Alchemy::NoShell=true -config Alchemy::LogLevel=0 -config Alchemy::Vector=true -config Alchemy::NoVector=false -config Alchemy::SetjmpAbuse=false -swf cmodule.echotest.EchoTest,800,600,60 echotest.as
다음으로 만들어진 echotest.swf를 ActionScript 바이트 코드로 만들어주고 라이브러리와
$ GetABC2.pl echotest echotest.swf.abc
$ALCHEMY_HOME/achacks에 있는 swctmpl.swf를 위에서 만든 abc로 대체해 새로운 swf를 만들고 SWF 버전 태그를 10으로 한다.
$ PutABC2.pl $ALCHEMY_HOME/swctmpl.swf temp.swf echotest.swf.abc cmodule/echotest/CLibInit
$ V10SWF.pl temp.swf library.swf
마지막으로 다음과 같은 catalog.xml과 함께 최종적으로 SWC를 만든다.
<? xml version = "1.0"encoding = "utf-8"?>
<swc xmlns = "http://www.adobe.com/flash/swccatalog/9">
<versions>
<swc version = "1.0" />
<flex version = "2.0" build = "143452"/>
</ versions>
<features>
<feature-script-deps />
<feature-files />
</ features>
<libraries>
<library path = "library.swf">
<script name = "cmodule/echotest/ CLibInit" mod = "1177909560000">
<def id = "cmodule.hello:CLibInit" />
<dep id = "Date" type = "e"/>
<dep id = "Date" type = "s"/>
<dep id = "flash.utils : Dictionary" type = "e"/>
<dep id = "flash.utils : Dictionary" type = "s"/>
:
(생략)
:
<dep id = "AS3" type = "n"/>
<dep id = "Object" type = "i"/>
</ script>
</ library>
</ libraries>
<Files>
</ files>
</ swc>
$ zip echotest.swc catalog.xml library.swf
이처럼 Alchemy를 통해 얻는 결과물은 일반적으로 SWC이다(SWF의 경우 사용가치가 떨어진다.). 이 SWC는 Flex 3(Flash Player 10을 겨냥해서 만들어져야 함), Flex 4(아직 개발중인 “Gumbo”) 그리고 Flash CS4에서 사용할 수 있다.
C와 C++로 만들어졌기 때문에 Alchemy로 컴파일 된 SWF가 일반 C/C++의 규칙과 제한을 따른다고 생각하면 곤란하다. C/C++는 일반 SWF와 같이 Flash Player의 보안샌드박스안에 포함되고 모든 화면출력결과물은 display list를 통과하도록 만들어진다. 그리고 네트워크 및 파일엑세스도 이미 존재하는 클래스를 사용하게 된다. Alchemy로부터 컴파일된 라이브러리에서 만들어진 코드는 적절한 메모리 덩어리를 ByteArray로 할당한다. 이것은 Alchemy가 어떻게 포인터, malloc, free등이 ActionScript 에서 어떻게 작업되는가 알려주는 개념이 된다. 이말은 즉 C/C++언어가 Alchemy를 통해 100% ActionScript 3.0으로 변경되어 원천적으로 가지고 있는 SWF의 제약사항을 넘어갈 수는 없다는 것을 의미한다.
그럼에도 불구하고 Alchemy의 AVM2 코드가 Flash 와 Flex에서 만들어진 AVM2 코드보다 어떻게 수행속도가 빠를 수 있는지 궁금할 거다. 실제로는 더 빠르지 않다. 그럼 Adobe 에서 주장하는 “수행속도가 빠를 것이다”라는 것은 거짓말인가? 100% ActionScript 3.0으로 바뀌는데 수행속도가 빠를 수 없다고 생각할 수 있다. 하지만 이 부분에서 수행속도의 개선을 찾으면 안된다. 실제로는 Alchemy의 LLVM은 많은 최적화를 이루는 반면 Flash와 Flex의 컴파일러는 최적화 과정이 없다. 또한 Alchemy는 ActionScript 3.0 자체가 가지는 오버헤드의 문제로 인한 수행속도 저하를 극복하는데 쓰일 수 있다.
그럼 Alchemy의 수행속도에 대해 기대할 수 있는 부분은 구체적으로 무엇일가? 바로 메모리 엑세스와 함수 호출이다. Alchemy를 통해 컴파일된 코드는 ByteArray를 적용하기 위해 Flash Player 10에 적용된 새로운 ByteArray를 사용한다. 마치 이것은 RAM처럼 이용된다. ActionScript 3.0의 함수를 호출할 때 그들의 인자가 박싱(boxed) 와 언박싱(unboxed)를 하게 된다. 하지만 Alchemy로 만들어진 코드는 그러한 과정이 없다. 이 두가지 이유로 Alchemy로 만들어진 결과물이 수행속도 향상에 도움이 될 수 있다는 것이다.
ActionScript 코드와 Alchemy 코드간에 통신과정에서 수행속도가 떨어질 수 있다. 이 과정은 마샬링(marshaling)이 된다. 마샬링은 어떤 한 언어에서 작성된 출력 데이터를 다른 언어의 입력단으로 전달해야하는 경우 데이터 변환과정이 생기는 것을 말하는데 ActionScript 코드와 Alchemy 코드간에 빈번한 상대방의 함수 호출은 이런 과정으로 인해 전체적인 수행속도를 죽이는 일을 발생시킬 수 있다. 그러므로 어떤 처리를 위해 C/C++코드에서 한꺼번에 처리하는 과정이 들어가도록 코딩하고 상대방 함수로 넘겨주는 파라미터의 수를 줄여주는 것이 속도향상에 도움이 될 것이다.
Alchemy는 매우 강력하지만 마법사는 아니다. Alchemy의 이점이 무엇인지 잘 파악해서 사용하는 것이 현명하다. 본인이 생각할 때 Alchemy를 사용해야 하는 경우는 다음과 같다.
1. Alchemy로 포퍼먼스 향상에 어느 정도 이득이 있는 경우
2. 기존 C/C++ 라이브러리를 ActionScript 3.0으로 바꾸기 힘들거나 별도의 변경 없이 그래로 Flash/Flex/AIR 프로젝트에서 사용하고 싶은 경우
위 2가지 경우 중 1가지라도 있다고 판단하면 Alchemy를 활용해서 자신의 Adobe RIA 프로젝트에 접목시킬 수 있다고 생각한다. 2번째의 경우 C/C++ 개발자와 Adobe RIA 개발자간에 협업도 기대할 수 있는 부분이다.
한가지 더 언급할 것은 Alchemy는 아직 정식 배포상태가 아니라는 점이다. 그래서 약간 개발하기도 불편하고 버그도 간혹 보인다. 하지만 정식 배로가 된다면 그러한 문제점은 해결될 것이라 생각하고 지금까지 보여줬던 것 보다 더욱 큰 포퍼먼스 향상을 기대할 수 있다. 추후에는 Flash Catalyst에 포함되어 개발에 큰 도움이 될 것이다.
정리하며
Alchemy의 장점은 메모리 엑세스와 함수호출에 따른 수행속도의 개선과 기존 C/C++ 라이브러리를 그대로 활용할 수 있다는 점에 있다. 이 장점을 잘 살려서 현업에 적용할 수 있도록 적절한 예제를 찾아보려한다.
이 글을 적으면서도 Alchemy의 컴파일 과정 및 내용에 대해서 확실히 이해할 수 없었다. 하지만 실망하지 않는다. 어쨌던 이러한 노력은 나중에 큰 도움이 될 것이다라고 생각하기 때문이다.
이 글을 보신 분 중 공유할 수 있는 내용이나 지적사항이 있다면 언제든지 댓글 환영한다. ^^
한국에도 Alchemy를 활용한 많은 예제와 현업에서 적용 예가 많이 나왔으면 한다.
참고내용
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