library/test/src/bench.rs

   1 //! Benchmarking module.
   2 pub use std::hint::black_box;
   3
   4 use super::{
   5     event::CompletedTest, options::BenchMode, test_result::TestResult, types::TestDesc, Sender,
   6 };
   7
   8 use crate::stats;
   9 use std::cmp;
  10 use std::io;
  11 use std::panic::{catch_unwind, AssertUnwindSafe};
  12 use std::sync::{Arc, Mutex};
  13 use std::time::{Duration, Instant};
  14
  15 /// Manager of the benchmarking runs.
  16 ///
  17 /// This is fed into functions marked with `#[bench]` to allow for
  18 /// set-up & tear-down before running a piece of code repeatedly via a
  19 /// call to `iter`.
  20 #[derive(Clone)]
  21 pub struct Bencher {
  22     mode: BenchMode,
  23     summary: Option<stats::Summary>,
  24     pub bytes: u64,
  25 }
  26
  27 impl Bencher {
  28     /// Callback for benchmark functions to run in their body.
  29     pub fn iter<T, F>(&mut self, mut inner: F)
  30     where
  31         F: FnMut() -> T,
  32     {
  33         if self.mode == BenchMode::Single {
  34             ns_iter_inner(&mut inner, 1);
  35             return;
  36         }
  37
  38         self.summary = Some(iter(&mut inner));
  39     }
  40
  41     pub fn bench<F>(&mut self, mut f: F) -> Option<stats::Summary>
  42     where
  43         F: FnMut(&mut Bencher),
  44     {
  45         f(self);
  46         self.summary
  47     }
  48 }
  49
  50 #[derive(Debug, Clone, PartialEq)]
  51 pub struct BenchSamples {
  52     pub ns_iter_summ: stats::Summary,
  53     pub mb_s: usize,
  54 }
  55
  56 pub fn fmt_bench_samples(bs: &BenchSamples) -> String {
  57     use std::fmt::Write;
  58     let mut output = String::new();
  59
  60     let median = bs.ns_iter_summ.median as usize;
  61     let deviation = (bs.ns_iter_summ.max - bs.ns_iter_summ.min) as usize;
  62
  63     write!(
  64         output,
  65         "{:>11} ns/iter (+/- {})",
  66         fmt_thousands_sep(median, ','),
  67         fmt_thousands_sep(deviation, ',')
  68     )
  69     .unwrap();
  70     if bs.mb_s != 0 {
  71         write!(output, " = {} MB/s", bs.mb_s).unwrap();
  72     }
  73     output
  74 }
  75
  76 // Format a number with thousands separators
  77 fn fmt_thousands_sep(mut n: usize, sep: char) -> String {
  78     use std::fmt::Write;
  79     let mut output = String::new();
  80     let mut trailing = false;
  81     for &pow in &[9, 6, 3, 0] {
  82         let base = 10_usize.pow(pow);
  83         if pow == 0 || trailing || n / base != 0 {
  84             if !trailing {
  85                 write!(output, "{}", n / base).unwrap();
  86             } else {
  87                 write!(output, "{:03}", n / base).unwrap();
  88             }
  89             if pow != 0 {
  90                 output.push(sep);
  91             }
  92             trailing = true;
  93         }
  94         n %= base;
  95     }
  96
  97     output
  98 }
  99
 100 fn ns_iter_inner<T, F>(inner: &mut F, k: u64) -> u64
 101 where
 102     F: FnMut() -> T,
 103 {
 104     let start = Instant::now();
 105     for _ in 0..k {
 106         black_box(inner());
 107     }
 108     start.elapsed().as_nanos() as u64
 109 }
 110
 111 pub fn iter<T, F>(inner: &mut F) -> stats::Summary
 112 where
 113     F: FnMut() -> T,
 114 {
 115     // Initial bench run to get ballpark figure.
 116     let ns_single = ns_iter_inner(inner, 1);
 117
 118     // Try to estimate iter count for 1ms falling back to 1m
 119     // iterations if first run took < 1ns.
 120     let ns_target_total = 1_000_000; // 1ms
 121     let mut n = ns_target_total / cmp::max(1, ns_single);
 122
 123     // if the first run took more than 1ms we don't want to just
 124     // be left doing 0 iterations on every loop. The unfortunate
 125     // side effect of not being able to do as many runs is
 126     // automatically handled by the statistical analysis below
 127     // (i.e., larger error bars).
 128     n = cmp::max(1, n);
 129
 130     let mut total_run = Duration::new(0, 0);
 131     let samples: &mut [f64] = &mut [0.0_f64; 50];
 132     loop {
 133         let loop_start = Instant::now();
 134
 135         for p in &mut *samples {
 136             *p = ns_iter_inner(inner, n) as f64 / n as f64;
 137         }
 138
 139         stats::winsorize(samples, 5.0);
 140         let summ = stats::Summary::new(samples);
 141
 142         for p in &mut *samples {
 143             let ns = ns_iter_inner(inner, 5 * n);
 144             *p = ns as f64 / (5 * n) as f64;
 145         }
 146
 147         stats::winsorize(samples, 5.0);
 148         let summ5 = stats::Summary::new(samples);
 149
 150         let loop_run = loop_start.elapsed();
 151
 152         // If we've run for 100ms and seem to have converged to a
 153         // stable median.
 154         if loop_run > Duration::from_millis(100)
 155             && summ.median_abs_dev_pct < 1.0
 156             && summ.median - summ5.median < summ5.median_abs_dev
 157         {
 158             return summ5;
 159         }
 160
 161         total_run += loop_run;
 162         // Longest we ever run for is 3s.
 163         if total_run > Duration::from_secs(3) {
 164             return summ5;
 165         }
 166
 167         // If we overflow here just return the results so far. We check a
 168         // multiplier of 10 because we're about to multiply by 2 and the
 169         // next iteration of the loop will also multiply by 5 (to calculate
 170         // the summ5 result)
 171         n = match n.checked_mul(10) {
 172             Some(_) => n * 2,
 173             None => {
 174                 return summ5;
 175             }
 176         };
 177     }
 178 }
 179
 180 pub fn benchmark<F>(desc: TestDesc, monitor_ch: Sender<CompletedTest>, nocapture: bool, f: F)
 181 where
 182     F: FnMut(&mut Bencher),
 183 {
 184     let mut bs = Bencher { mode: BenchMode::Auto, summary: None, bytes: 0 };
 185
 186     let data = Arc::new(Mutex::new(Vec::new()));
 187     let oldio = if !nocapture {
 188         Some((io::set_print(Some(data.clone())), io::set_panic(Some(data.clone()))))
 189     } else {
 190         None
 191     };
 192
 193     let result = catch_unwind(AssertUnwindSafe(|| bs.bench(f)));
 194
 195     if let Some((printio, panicio)) = oldio {
 196         io::set_print(printio);
 197         io::set_panic(panicio);
 198     }
 199
 200     let test_result = match result {
 201         //bs.bench(f) {
 202         Ok(Some(ns_iter_summ)) => {
 203             let ns_iter = cmp::max(ns_iter_summ.median as u64, 1);
 204             let mb_s = bs.bytes * 1000 / ns_iter;
 205
 206             let bs = BenchSamples { ns_iter_summ, mb_s: mb_s as usize };
 207             TestResult::TrBench(bs)
 208         }
 209         Ok(None) => {
 210             // iter not called, so no data.
 211             // FIXME: error in this case?
 212             let samples: &mut [f64] = &mut [0.0_f64; 1];
 213             let bs = BenchSamples { ns_iter_summ: stats::Summary::new(samples), mb_s: 0 };
 214             TestResult::TrBench(bs)
 215         }
 216         Err(_) => TestResult::TrFailed,
 217     };
 218
 219     let stdout = data.lock().unwrap().to_vec();
 220     let message = CompletedTest::new(desc, test_result, None, stdout);
 221     monitor_ch.send(message).unwrap();
 222 }
 223
 224 pub fn run_once<F>(f: F)
 225 where
 226     F: FnMut(&mut Bencher),
 227 {
 228     let mut bs = Bencher { mode: BenchMode::Single, summary: None, bytes: 0 };
 229     bs.bench(f);
 230 }