c - GSL gsl_vector 更好的内存管理

Question

当我用 C++ 编写线性代数程序时，我使用 Armadillo 库。它基于模板，它为我提供了一种定义任意长度的 vector 的方法，这些 vector 不一定需要额外的内存分配，因为它们在编译时静态分配了适当的内存缓冲区。当我使用 arma::Col<double>::fixed<3>编译器会即时创建一个“新类型”，以便 vector 包含恰好 3 个 double 的缓冲区。

现在我正在使用 C 编写线性代数程序，并且我正在使用 GNU 科学库 (GSL)。为了实例化 3D vector ，我这样做:gsl_vector_alloc(3)返回 gsl_vector* .问题在于此操作会导致一小部分内存的动态分配，并且这种情况在程序运行期间会发生数百万次。我的程序浪费了大量资源来执行数千万次 malloc/free操作。

我检查了 gsl_vector 的内部结构:

typedef struct
{
   size_t size;
   size_t stride;
   double * data;
   gsl_block * block;
   int owner;
} gsl_vector;

为了使库正常工作，data应指向 vector 的第一个元素，通常在 gsl_block 内结构如下:

typedef struct
{
   size_t size;
   double * data;
} gsl_block;

其中包含另一个 data指针。因此，为了实例化一个简单的 3D vector ，这个 malloc 的序列发生了:

1. A gsl_vector结构是malloc 'd(在 x86_64 上约为 40 字节)。
2. A gsl_block结构是malloc 'd(16 字节)和 block gsl_vector 的指针设置为刚刚分配的 gsl_block 的内存地址
3. 3 个 double 组是 malloc 'd 及其内存地址都分配给了 data指针(gsl_block 和 gsl_vector 中的一个)。

通过删除两个 malloc，我获得了 40% 的性能提升秒。我创建了自定义 gsl_vector创建例程，分配 3 个 double 组并设置 data gsl_vector 的指针到这个数组的地址。然后我返回 gsl_vector (不是指针)。
但是这样做，我还是得到了数百万malloc(3 * sizeof(double))操作。

我没有设法将 3 个 double 的数组“嵌入”到 gsl_vector 中结构，因为如果 data指针指向结构本身内部的东西(hacky!)，然后当 vector 被复制到别处时指针不再有效!

您有什么想法(除了切换到 C++ 或推出我自己的线性代数库之外)？我愿意接受任何建议。

Answer 1

在我看来，您似乎误解了 gls_block 数据结构的用途。在我看来，您应该只使用它在 gsl_block 数据结构中分配大量数据，然后将该 block 拆分为多个 gsl_vector。如果您通过分配一个数组来一次性分配所有的 gsl_vector，那么您就快完成了。您只需两次调用 malloc 并在初始化期间进行一些簿记。

这会给您带来什么，您必须事先准确地考虑您需要哪个 gsl_vector。但这是使用没有内置垃圾收集的语言时要付出的“代价”。如果您投资于此，大多数时候它具有构建代码的优势，您可能会学到很多关于如何组织计算的知识。