LLVM 백엔드 커스터마이징 팁

Kotlin/Native 컴파일러는 LLVM을 사용해 다양한 타깃 플랫폼용 바이너리 실행 파일을 최적화하고 생성해요. 컴파일 시간의 상당한 부분도 LLVM에서 소비되며, 큰 앱에서는 받아들이기 어려울 정도로 오래 걸릴 수 있습니다.

Kotlin/Native가 LLVM을 사용하는 방식을 커스터마이즈하고 최적화 패스 목록을 조정할 수 있어요.

출처: Tips for customizing LLVM backend

본문

빌드 로그 살펴보기

LLVM 최적화 패스에 컴파일 시간이 얼마나 걸리는지 이해하기 위해 빌드 로그를 살펴볼게요.

-Pkotlin.internal.compiler.arguments.log.level=warning 옵션으로 linkRelease* Gradle 태스크를 실행해서 Gradle이 LLVM 프로파일링 세부 사항을 출력하게 합니다. 예를 들면, 실행 중 태스크가 필요한 컴파일러 인자를 출력합니다:

./gradlew linkReleaseExecutableMacosArm64 -Pkotlin.internal.compiler.arguments.log.level=warning

> Task :linkReleaseExecutableMacosArm64
Run in-process tool "konanc"
Entry point method = org.jetbrains.kotlin.cli.utilities.MainKt.daemonMain
Classpath = [
        /Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/konan/lib/kotlin-native-compiler-embeddable.jar
        /Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/konan/lib/trove4j.jar
]
Arguments = [
        -Xinclude=...
        -library
        /Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/klib/common/stdlib
        -no-endorsed-libs
        -nostdlib
        ...
]

제공된 인자에 -Xprofile-phases 인자를 더해 커맨드 라인 컴파일러를 실행합니다. 예를 들면:

/Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/bin/kotlinc-native \
-Xinclude=... \
-library /Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/klib/common/stdlib \
... \
-Xprofile-phases

빌드 로그에서 생성된 출력을 검사합니다. 로그는 수만 줄이 될 수 있으며, LLVM 프로파일링 섹션은 마지막에 있습니다.

간단한 Kotlin/Native 프로그램 실행에서 가져온 발췌문은 다음과 같아요:

Frontend: 275 msec
PsiToIr: 1186 msec
...
... 30k lines
...
LinkBitcodeDependencies: 476 msec
StackProtectorPhase: 0 msec
MandatoryBitcodeLLVMPostprocessingPhase: 2 msec
===-------------------------------------------------------------------------===
                          Pass execution timing report
===-------------------------------------------------------------------------===
  Total Execution Time: 6.7726 seconds (6.7192 wall clock)

   ---User Time---   --System Time--   --User+System--   ---Wall Time---  --- Name ---
   0.9778 ( 22.4%)   0.5043 ( 21.0%)   1.4821 ( 21.9%)   1.4628 ( 21.8%)  InstCombinePass
   0.3827 (  8.8%)   0.2497 ( 10.4%)   0.6323 (  9.3%)   0.6283 (  9.4%)  InlinerPass
   0.2815 (  6.4%)   0.1792 (  7.5%)   0.4608 (  6.8%)   0.4555 (  6.8%)  SimplifyCFGPass
...
   0.6444 (100.0%)   0.5474 (100.0%)   1.1917 (100.0%)   1.1870 (100.0%)  Total

ModuleBitcodeOptimization: 8118 msec
...
LTOBitcodeOptimization: 1399 msec
...

Kotlin/Native 컴파일러는 두 개의 별도 LLVM 최적화 시퀀스, 즉 모듈 패스(module passes)와 링크 타임 패스(link-time passes)를 실행해요. 일반적인 컴파일의 경우 두 파이프라인은 연속으로 실행되며, 실제 차이는 어떤 LLVM 최적화 패스를 실행하느냐입니다.

위 로그에서 두 LLVM 최적화는 ModuleBitcodeOptimization과 LTOBitcodeOptimization이에요. 형식화된 테이블은 각 패스의 타이밍이 있는 최적화 출력입니다.

LLVM 최적화 패스 커스터마이즈하기

위 패스 중 하나가 비정상적으로 오래 걸린다면 건너뛸 수 있어요. 다만 이는 런타임 성능을 해칠 수 있으므로, 이후 벤치마크 성능 변화를 확인해야 합니다.

현재 특정 패스를 직접 비활성화하는 방법은 없어요. 대신 다음 컴파일러 옵션으로 실행할 새 패스 목록을 제공할 수 있습니다:

옵션	release 바이너리의 기본값
-Xllvm-module-passes	"default<O3>"
-Xllvm-lto-passes	"internalize,globaldce,lto<O3>"

기본값은 실제 패스의 긴 목록으로 펼쳐지며, 여기서 원하지 않는 패스를 제외해야 합니다.

실제 패스 목록을 얻으려면 LLVM 배포본과 함께 자동 다운로드되는 ~/.konan/dependencies/llvm-{VERSION}-{ARCH}-{OS}-dev-{BUILD}/bin 디렉터리의 opt 도구를 실행하세요.

예를 들어 링크 타임 패스 목록을 얻으려면 다음을 실행합니다:

opt -print-pipeline-passes -passes="internalize,globaldce,lto<O3>" < /dev/null

이는 경고와 LLVM 버전에 따라 달라지는 긴 패스 목록을 출력합니다.

opt 도구의 패스 목록과 Kotlin/Native 컴파일러가 실제 실행하는 패스 사이에는 두 가지 차이가 있습니다:

opt는 디버그 도구이므로 일반적으로 실행되지 않는 verify 패스가 하나 이상 포함됩니다.
Kotlin/Native는 Kotlin 컴파일러가 이미 직접 수행하므로 devirt 패스를 비활성화합니다.

패스를 비활성화한 후에는 항상 성능 테스트를 다시 실행해서 런타임 성능 저하가 허용 가능한지 확인하세요.

LLVM 백엔드 커스터마이징 팁