Rust并行编译的挑战与突破 李原 2022年5月28日 • 相关浅谈 • Rust并行编译的挑战与突破 • 从并行编译到并行程序设计 • Rust社区与并行编译 目录 相关浅谈 Rust编译速度之殇 编译器设计造成编译速度缓慢 · 单态化 · 借用检查 · 宏展开 · MIR优化 ... Rust规模编译速度慢于C++ Rust编译速度之殇 提升编译效率成为近年社区重点工作 提升编译效率成为近年社区重点工作 并行编译或成下一代编译效率突破利器 2017-2021，Rust编译速度已提升一倍以上 Rust社区编译器性能工作组 Rust编译器并行化 Cargo多crate并行 二进制生成并行 更多更好的并行化？ Rust编译器架构 语法树生成 宏展开 命名解析 泛型解析 类型检查 借用检查 单态化 二进制生成 增量编译系统 底层数据 结构 Rust语言编译器结构总览 考虑内部编译流程并行化 考虑内部编译流程并行化 Rust并行并发 编译时线程安全检查 一些常见线程安全数据结构 常用Rust并行并发库 Rust并行并发 增加程序复杂度 线程安全数据结构造成效率损失 Mutex与RwLock rustc profileing 数据 · 代码复杂度及健壮性 · benchmark资源限制 · profileing成本 ... 收益 > 代价？ Rust并行编译的挑战与突破

第三届中国Rust开发者⼤会 ⽤ egg 孵化你的 SQL 优化器 王润基 RisingWave 内核开发⼯程师 ? Parser Binder Optimizer Executor SQL AST Logical Plan Physical Plan Table Catalog Storage RisingLight 查询引擎的整体结构 SELECT name, url Hash Join #0 = #2 Scan $1.1, $1.2 Scan $2.1, $2.2 Projection #1, #3 ⼀个 SQL 语句优化的例⼦ 基于规则的优化 (RBO) 基于代价的优化 (CBO) 谓词下推 Join Filter A B Join Filter A B Filter Join A Join B C Join C Nested Loop Join 连接重排序 连接算法选择 TopN A Order TopN A Limit 查询优化 定义计划节点 定义重写规则 ⽤纯 Rust 编写的第⼀代优化器 Visitor 模式 ⽤纯 Rust 编写的第⼀代优化器 e-class e-node Rewriting Rewriting (* ?x 2) => (<< ?x 1) Rewriting

10.3 二分查找边界 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 10.4 哈希优化策略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 10.5 重识搜索算法 . . . 时间效率：算法运行时间的长短。 ‧ 空间效率：算法占用内存空间的大小。 简而言之，我们的目标是设计“既快又省”的数据结构与算法。而有效地评估算法效率至关重要，因为只有 这样，我们才能将各种算法进行对比，进而指导算法设计与优化过程。 效率评估方法主要分为两种：实际测试、理论估算。 2.1.1 实际测试 假设我们现在有算法 A 和算法 B ，它们都能解决同一问题，现在需要对比这两个算法的效率。最直接的方法 是找一台 是找一台计算机，运行这两个算法，并监控记录它们的运行时间和内存占用情况。这种评估方式能够反映真 实情况，但也存在较大的局限性。 一方面，难以排除测试环境的干扰因素。硬件配置会影响算法的性能表现。比如一个算法的并行度较高，那 么它就更适合在多核 CPU 上运行，一个算法的内存操作密集，那么它在高性能内存上的表现就会更好。也 就是说，算法在不同的机器上的测试结果可能是不一致的。这意味着我们需要在各种机器上进行测试，统计

10.3 二分查找边界 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 10.4 哈希优化策略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 10.5 重识搜索算法 . . . 时间效率：算法运行速度的快慢。 ‧ 空间效率：算法占用内存空间的大小。 简而言之，我们的目标是设计“既快又省”的数据结构与算法。而有效地评估算法效率至关重要，因为只有 这样，我们才能将各种算法进行对比，进而指导算法设计与优化过程。 效率评估方法主要分为两种：实际测试、理论估算。 2.1.1 实际测试 假设我们现在有算法 A 和算法 B ，它们都能解决同一问题，现在需要对比这两个算法的效率。最直接的方法 是找一台 2‑4 递归调用深度 在实际中，编程语言允许的递归深度通常是有限的，过深的递归可能导致栈溢出错误。 2. 尾递归 有趣的是，如果函数在返回前的最后一步才进行递归调用，则该函数可以被编译器或解释器优化，使其在空 间效率上与迭代相当。这种情况被称为尾递归（tail recursion）。 ‧ 普通递归：当函数返回到上一层级的函数后，需要继续执行代码，因此系统需要保存上一层调用的上下 文。 ‧

10.3 二分查找边界 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 10.4 哈希优化策略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 10.5 重识搜索算法 . . . 时间效率：算法运行速度的快慢。 ‧ 空间效率：算法占用内存空间的大小。 简而言之，我们的目标是设计“既快又省”的数据结构与算法。而有效地评估算法效率至关重要，因为只有 这样，我们才能将各种算法进行对比，进而指导算法设计与优化过程。 效率评估方法主要分为两种：实际测试、理论估算。 2.1.1 实际测试 假设我们现在有算法 A 和算法 B ，它们都能解决同一问题，现在需要对比这两个算法的效率。最直接的方法 是找一台 2‑4 递归调用深度 在实际中，编程语言允许的递归深度通常是有限的，过深的递归可能导致栈溢出错误。 2. 尾递归 有趣的是，如果函数在返回前的最后一步才进行递归调用，则该函数可以被编译器或解释器优化，使其在空 间效率上与迭代相当。这种情况被称为「尾递归 tail recursion」。 ‧ 普通递归：当函数返回到上一层级的函数后，需要继续执行代码，因此系统需要保存上一层调用的上下 文。

.................. 103 7.5.2 控制访问顺序的机制-原子类型与锁 ........................................ 104 7.6 并行 ........................................................................................ 106 7.7 ................................................................................. 106 第八章 Rust 性能优化 ............................................................................. 107 第九章 测试与评测 .... build --release # 这个属于优化编译 ps: ./target/debug/hellorust.exe ps: ./target/release/hellorust.exe # 如果前面是优化编译，则这样运行 ps: cargo run # 编译和运行合在一起 ps: cargo run --release # 同上，区别是是优化编译的 第二章 Rust

build 只进行编译，而不运行。你 可以在 target/debug/ 中找到常规调试 build 的输出。使用 cargo build --release 在 target/release/ 中生成经过优化的 发布 build。 7. 可以通过修改 Cargo.toml 为项目添加依赖项。当运行 cargo 命令时，系统会自动下载和编译缺 失的依赖项。 尽量鼓励全班学员安装 Cargo 并使用本地 ”Tools” 下，使用 rustfmt 选项以 ”standard” 方式设置代码格式。 • Rust 具有两个用于生成代码的主要“配置文件”：调试（进行额外运行时检查、较少优化）和发布（较 少运行时检查，进行大量优化）。可以在顶部的”Debug” 下访问这些内容。 • 如果感兴趣，您可以使用 ”...” 下的 ”ASM” 查看生成的汇编代码。 As students head into the which have a size determined at runtime, are covered later. • 请尝试访问出界数组元素。系统会在运行时检查数组访问。Rust 通常会通过优化消除这些检查，以 及使用不安全的 Rust 来避免这些检查。 • 我们可以使用字面量来为数组赋值。 • The println! macro asks for the debug implementation

工具链不靠谱而被迫去了解其中的细节。更妙的是，语言设计本身会自然而然地引导你编写出 可靠的代码，并且运行速度和内存使用上都十分高效。 已经在从事编写底层代码的程序员可以使用 Rust 来提升信心。例如，在 Rust 中引入并行是相 对低风险的操作，因为编译器会替你找到经典的错误。同时你可以自信地采取更加激进的优 化，而不会意外引入崩溃或漏洞。 但 Rust 并不局限于底层系统编程。它表达力强、写起来舒适，让人能够轻松地编写出命令行 简体中文版 发布（release）构建 当项目最终准备好发布时，可以使用 cargo build --release 来优化编译项目。这会在 target/ release 而不是 target/debug 下生成可执行文件。这些优化可以让 Rust 代码运行的更快，不 过启用这些优化也需要消耗更长的编译时间。这也就是为什么会有两种不同的配置：一种是为 了开发，你需要快速且频繁地重新构建；另一种是为用户构建最终程序，它们不会经常重新构 cargo test -- --help 可以提示在分隔符之后使用的有关参数。有关这些选项的说明，请 参阅 the rustc book 的 “Tests” 一节。 并行或顺序运行测试 当运行多个测试时，Rust 默认使用线程来并行运行。这意味着测试会更快地运行完毕，所以 你可以更快的得到代码能否工作的反馈。因为测试是在同时运行的，你应该确保测试不能相互 依赖，或依赖任何共享的状态，包括依赖共享的环境，比如当前工作目录或者环境变量。

业务对大图分析的诉求（千亿点、万亿边） • 实时风控对图库的性能挑战（ OLTP 毫秒级响应） • 海致图平台产品服务于金融、政府行业有大量业务经验积累（接近客户需求） • 现有开源产品无法满足要求（受限于基础架构设计，优化性能有限） 新一代分布式图数据库需具备的特性 特性 信 雅 达 • 高可用 • 一致性（事 务） • 高性能 • 低资源消耗 • 易用 • 功能丰富 AtlasGraph 关键特性 ，高性能图计算引 擎，预置 20 余种图计算算法 ，可扩展的分析引擎支持更复 杂的数据挖掘和机器学习场景 MPP Massively Parallel Processing 架构，大规模集群 分布式存储及并行计 算， Shared Nothing 模式支 持存储计算分离 高性能 基于 Rust 开发的分布式存储引 擎及图计算引擎，精细的内存 管理设计，内置索引系统，支 持毫秒级的并发查询响应速度 易用 副本管理 CRAQ 图原生存储 索引 LSM-Tree 容灾保障 （ BR ） 元数据层 事务管理 MVOCC 计算层 Cypher AST 优化器 图计算 内存加速引 擎 服务接口 HTTP/RPC Spark 连接器 Python UDF 执行器 索引管理 一致性存储 RAFT 分片管理 元数据 集群管理 用户权限 GNN

陈明煜 chenmingyu4@huawei.com 华为 公共开发部 嵌入式软件能力中心 本科就读加州大学圣地亚哥分校，毕业时长两年半， Rustacean 在 华为 目前正在使用 Rust 开发并行调度框架等模块。 Rust 异步并发框架在移动端的应用 陈明煜 chenmingyu4@huawei.com 华为 公共开发部 嵌入式软件能力中心 Applications of Rust ，目前已经半废弃 async-std 更轻量化的调度框架，功能被拆分 到其他多个库中， IO 密集场景性 能不如 Tokio smol Rayon 并非异步运行时。它通过同步 多线程模型提供了并行迭代器功能， 适用于处理 CPU 密集型计算任务 rayon 现有框架无法完美适配移动端（一） Core Thread Thread Worker Worker task task Local Rust 异步并发框架，近期计划在 OpenHarmony 上开源。与 Tokio 类似，同样为事 件驱动型调度框架，提供异步 IO 、定时器、同步原 语等功能。但额外提供：  任务优先级调度  异步并行迭代器  结构化并发 Ylong Runtime 对外 接口 APP/SA 调度器 提 交 任 务 Async function CPU Task CPU Task IO Task