xref: /freebsd-src/contrib/arm-optimized-routines/string/bench/memset.c (revision d49ad20625283a78649d9ea237bc50c390d80cf1)
1*d49ad206SAndrew Turner /*
2*d49ad206SAndrew Turner  * memset benchmark.
3*d49ad206SAndrew Turner  *
4*d49ad206SAndrew Turner  * Copyright (c) 2021, Arm Limited.
5*d49ad206SAndrew Turner  * SPDX-License-Identifier: MIT
6*d49ad206SAndrew Turner  */
7*d49ad206SAndrew Turner 
8*d49ad206SAndrew Turner #define _GNU_SOURCE
9*d49ad206SAndrew Turner #include <stdint.h>
10*d49ad206SAndrew Turner #include <stdio.h>
11*d49ad206SAndrew Turner #include <string.h>
12*d49ad206SAndrew Turner #include <assert.h>
13*d49ad206SAndrew Turner #include "stringlib.h"
14*d49ad206SAndrew Turner #include "benchlib.h"
15*d49ad206SAndrew Turner 
16*d49ad206SAndrew Turner #define ITERS  5000
17*d49ad206SAndrew Turner #define ITERS2 20000000
18*d49ad206SAndrew Turner #define ITERS3 1000000
19*d49ad206SAndrew Turner #define NUM_TESTS 16384
20*d49ad206SAndrew Turner #define MIN_SIZE 32768
21*d49ad206SAndrew Turner #define MAX_SIZE (1024 * 1024)
22*d49ad206SAndrew Turner 
23*d49ad206SAndrew Turner static uint8_t a[MAX_SIZE + 4096] __attribute__((__aligned__(64)));
24*d49ad206SAndrew Turner 
25*d49ad206SAndrew Turner #define F(x) {#x, x},
26*d49ad206SAndrew Turner 
27*d49ad206SAndrew Turner static const struct fun
28*d49ad206SAndrew Turner {
29*d49ad206SAndrew Turner   const char *name;
30*d49ad206SAndrew Turner   void *(*fun)(void *, int, size_t);
31*d49ad206SAndrew Turner } funtab[] =
32*d49ad206SAndrew Turner {
33*d49ad206SAndrew Turner #if __aarch64__
34*d49ad206SAndrew Turner   F(__memset_aarch64)
35*d49ad206SAndrew Turner #elif __arm__
36*d49ad206SAndrew Turner   F(__memset_arm)
37*d49ad206SAndrew Turner #endif
38*d49ad206SAndrew Turner   F(memset)
39*d49ad206SAndrew Turner #undef F
40*d49ad206SAndrew Turner   {0, 0}
41*d49ad206SAndrew Turner };
42*d49ad206SAndrew Turner 
43*d49ad206SAndrew Turner typedef struct { uint32_t offset : 20, len : 12; } memset_test_t;
44*d49ad206SAndrew Turner static memset_test_t test_arr[NUM_TESTS];
45*d49ad206SAndrew Turner 
46*d49ad206SAndrew Turner typedef struct { uint16_t size; uint16_t freq; } freq_data_t;
47*d49ad206SAndrew Turner typedef struct { uint8_t align; uint16_t freq; } align_data_t;
48*d49ad206SAndrew Turner 
49*d49ad206SAndrew Turner #define SIZE_NUM 65536
50*d49ad206SAndrew Turner #define SIZE_MASK (SIZE_NUM-1)
51*d49ad206SAndrew Turner static uint8_t len_arr[SIZE_NUM];
52*d49ad206SAndrew Turner 
53*d49ad206SAndrew Turner /* Frequency data for memset sizes up to 4096 based on SPEC2017.  */
54*d49ad206SAndrew Turner static freq_data_t memset_len_freq[] =
55*d49ad206SAndrew Turner {
56*d49ad206SAndrew Turner {40,28817}, {32,15336}, { 16,3823}, {296,3545}, { 24,3454}, {  8,1412},
57*d49ad206SAndrew Turner {292,1202}, { 48, 927}, { 12, 613}, { 11, 539}, {284, 493}, {108, 414},
58*d49ad206SAndrew Turner { 88, 380}, { 20, 295}, {312, 271}, { 72, 233}, {  2, 200}, {  4, 192},
59*d49ad206SAndrew Turner { 15, 180}, { 14, 174}, { 13, 160}, { 56, 151}, { 36, 144}, { 64, 140},
60*d49ad206SAndrew Turner {4095,133}, { 10, 130}, {  9, 124}, {  3, 124}, { 28, 120}, {  0, 118},
61*d49ad206SAndrew Turner {288, 110}, {1152, 96}, {104,  90}, {  1,  86}, {832,  76}, {248,  74},
62*d49ad206SAndrew Turner {1024, 69}, {120,  64}, {512,  63}, {384,  60}, {  6,  59}, { 80,  54},
63*d49ad206SAndrew Turner { 17,  50}, {  7,  49}, {520,  47}, {2048, 39}, {256,  37}, {864,  33},
64*d49ad206SAndrew Turner {1440, 28}, { 22,  27}, {2056, 24}, {260,  23}, { 68,  23}, {  5,  22},
65*d49ad206SAndrew Turner { 18,  21}, {200,  18}, {2120, 18}, { 60,  17}, { 52,  16}, {336,  15},
66*d49ad206SAndrew Turner { 44,  13}, {192,  13}, {160,  12}, {2064, 12}, {128,  12}, { 76,  11},
67*d49ad206SAndrew Turner {164,  11}, {152,  10}, {136,   9}, {488,   7}, { 96,   6}, {560,   6},
68*d49ad206SAndrew Turner {1016,  6}, {112,   5}, {232,   5}, {168,   5}, {952,   5}, {184,   5},
69*d49ad206SAndrew Turner {144,   4}, {252,   4}, { 84,   3}, {960,   3}, {3808,  3}, {244,   3},
70*d49ad206SAndrew Turner {280,   3}, {224,   3}, {156,   3}, {1088,  3}, {440,   3}, {216,   2},
71*d49ad206SAndrew Turner {304,   2}, { 23,   2}, { 25,   2}, { 26,   2}, {264,   2}, {328,   2},
72*d49ad206SAndrew Turner {1096,  2}, {240,   2}, {1104,  2}, {704,   2}, {1664,  2}, {360,   2},
73*d49ad206SAndrew Turner {808,   1}, {544,   1}, {236,   1}, {720,   1}, {368,   1}, {424,   1},
74*d49ad206SAndrew Turner {640,   1}, {1112,  1}, {552,   1}, {272,   1}, {776,   1}, {376,   1},
75*d49ad206SAndrew Turner { 92,   1}, {536,   1}, {824,   1}, {496,   1}, {760,   1}, {792,   1},
76*d49ad206SAndrew Turner {504,   1}, {344,   1}, {1816,  1}, {880,   1}, {176,   1}, {320,   1},
77*d49ad206SAndrew Turner {352,   1}, {2008,  1}, {208,   1}, {408,   1}, {228,   1}, {2072,  1},
78*d49ad206SAndrew Turner {568,   1}, {220,   1}, {616,   1}, {600,   1}, {392,   1}, {696,   1},
79*d49ad206SAndrew Turner {2144,  1}, {1280,  1}, {2136,  1}, {632,   1}, {584,   1}, {456,   1},
80*d49ad206SAndrew Turner {472,   1}, {3440,  1}, {2088,  1}, {680,   1}, {2928,  1}, {212,   1},
81*d49ad206SAndrew Turner {648,   1}, {1752,  1}, {664,   1}, {3512,  1}, {1032,  1}, {528,   1},
82*d49ad206SAndrew Turner {4072,  1}, {204,   1}, {2880,  1}, {3392,  1}, {712,   1}, { 59,   1},
83*d49ad206SAndrew Turner {736,   1}, {592,   1}, {2520,  1}, {744,   1}, {196,   1}, {172,   1},
84*d49ad206SAndrew Turner {728,   1}, {2040,  1}, {1192,  1}, {3600,  1}, {0, 0}
85*d49ad206SAndrew Turner };
86*d49ad206SAndrew Turner 
87*d49ad206SAndrew Turner #define ALIGN_NUM 1024
88*d49ad206SAndrew Turner #define ALIGN_MASK (ALIGN_NUM-1)
89*d49ad206SAndrew Turner static uint8_t align_arr[ALIGN_NUM];
90*d49ad206SAndrew Turner 
91*d49ad206SAndrew Turner /* Alignment data for memset based on SPEC2017.  */
92*d49ad206SAndrew Turner static align_data_t memset_align_freq[] =
93*d49ad206SAndrew Turner {
94*d49ad206SAndrew Turner  {16, 338}, {8, 307}, {32, 148}, {64, 131}, {4, 72}, {1, 23}, {2, 5}, {0, 0}
95*d49ad206SAndrew Turner };
96*d49ad206SAndrew Turner 
97*d49ad206SAndrew Turner static void
98*d49ad206SAndrew Turner init_memset_distribution (void)
99*d49ad206SAndrew Turner {
100*d49ad206SAndrew Turner   int i, j, freq, size, n;
101*d49ad206SAndrew Turner 
102*d49ad206SAndrew Turner   for (n = i = 0; (freq = memset_len_freq[i].freq) != 0; i++)
103*d49ad206SAndrew Turner     for (j = 0, size = memset_len_freq[i].size; j < freq; j++)
104*d49ad206SAndrew Turner       len_arr[n++] = size;
105*d49ad206SAndrew Turner   assert (n == SIZE_NUM);
106*d49ad206SAndrew Turner 
107*d49ad206SAndrew Turner   for (n = i = 0; (freq = memset_align_freq[i].freq) != 0; i++)
108*d49ad206SAndrew Turner     for (j = 0, size = memset_align_freq[i].align; j < freq; j++)
109*d49ad206SAndrew Turner       align_arr[n++] = size - 1;
110*d49ad206SAndrew Turner   assert (n == ALIGN_NUM);
111*d49ad206SAndrew Turner }
112*d49ad206SAndrew Turner 
113*d49ad206SAndrew Turner static size_t
114*d49ad206SAndrew Turner init_memset (size_t max_size)
115*d49ad206SAndrew Turner {
116*d49ad206SAndrew Turner   size_t total = 0;
117*d49ad206SAndrew Turner   /* Create a random set of memsets with the given size and alignment
118*d49ad206SAndrew Turner      distributions.  */
119*d49ad206SAndrew Turner   for (int i = 0; i < NUM_TESTS; i++)
120*d49ad206SAndrew Turner     {
121*d49ad206SAndrew Turner       test_arr[i].offset = (rand32 (0) & (max_size - 1));
122*d49ad206SAndrew Turner       test_arr[i].offset &= ~align_arr[rand32 (0) & ALIGN_MASK];
123*d49ad206SAndrew Turner       test_arr[i].len = len_arr[rand32 (0) & SIZE_MASK];
124*d49ad206SAndrew Turner       total += test_arr[i].len;
125*d49ad206SAndrew Turner     }
126*d49ad206SAndrew Turner 
127*d49ad206SAndrew Turner   return total;
128*d49ad206SAndrew Turner }
129*d49ad206SAndrew Turner 
130*d49ad206SAndrew Turner 
131*d49ad206SAndrew Turner int main (void)
132*d49ad206SAndrew Turner {
133*d49ad206SAndrew Turner   init_memset_distribution ();
134*d49ad206SAndrew Turner 
135*d49ad206SAndrew Turner   memset (a, 1, sizeof (a));
136*d49ad206SAndrew Turner 
137*d49ad206SAndrew Turner   printf("Random memset (bytes/ns):\n");
138*d49ad206SAndrew Turner   for (int f = 0; funtab[f].name != 0; f++)
139*d49ad206SAndrew Turner     {
140*d49ad206SAndrew Turner       size_t total_size = 0;
141*d49ad206SAndrew Turner       uint64_t tsum = 0;
142*d49ad206SAndrew Turner       printf ("%22s ", funtab[f].name);
143*d49ad206SAndrew Turner       rand32 (0x12345678);
144*d49ad206SAndrew Turner 
145*d49ad206SAndrew Turner       for (int size = MIN_SIZE; size <= MAX_SIZE; size *= 2)
146*d49ad206SAndrew Turner 	{
147*d49ad206SAndrew Turner 	  size_t memset_size = init_memset (size) * ITERS;
148*d49ad206SAndrew Turner 
149*d49ad206SAndrew Turner 	  for (int c = 0; c < NUM_TESTS; c++)
150*d49ad206SAndrew Turner 	    funtab[f].fun (a + test_arr[c].offset, 0, test_arr[c].len);
151*d49ad206SAndrew Turner 
152*d49ad206SAndrew Turner 	  uint64_t t = clock_get_ns ();
153*d49ad206SAndrew Turner 	  for (int i = 0; i < ITERS; i++)
154*d49ad206SAndrew Turner 	    for (int c = 0; c < NUM_TESTS; c++)
155*d49ad206SAndrew Turner 	      funtab[f].fun (a + test_arr[c].offset, 0, test_arr[c].len);
156*d49ad206SAndrew Turner 	  t = clock_get_ns () - t;
157*d49ad206SAndrew Turner 	  total_size += memset_size;
158*d49ad206SAndrew Turner 	  tsum += t;
159*d49ad206SAndrew Turner 	  printf ("%dK: %.2f ", size / 1024, (double)memset_size / t);
160*d49ad206SAndrew Turner 	}
161*d49ad206SAndrew Turner       printf( "avg %.2f\n", (double)total_size / tsum);
162*d49ad206SAndrew Turner     }
163*d49ad206SAndrew Turner 
164*d49ad206SAndrew Turner   size_t total_size = 0;
165*d49ad206SAndrew Turner   uint64_t tsum = 0;
166*d49ad206SAndrew Turner   printf ("%22s ", "memset_call");
167*d49ad206SAndrew Turner   rand32 (0x12345678);
168*d49ad206SAndrew Turner 
169*d49ad206SAndrew Turner   for (int size = MIN_SIZE; size <= MAX_SIZE; size *= 2)
170*d49ad206SAndrew Turner     {
171*d49ad206SAndrew Turner       size_t memset_size = init_memset (size) * ITERS;
172*d49ad206SAndrew Turner 
173*d49ad206SAndrew Turner       for (int c = 0; c < NUM_TESTS; c++)
174*d49ad206SAndrew Turner 	memset (a + test_arr[c].offset, 0, test_arr[c].len);
175*d49ad206SAndrew Turner 
176*d49ad206SAndrew Turner       uint64_t t = clock_get_ns ();
177*d49ad206SAndrew Turner       for (int i = 0; i < ITERS; i++)
178*d49ad206SAndrew Turner 	for (int c = 0; c < NUM_TESTS; c++)
179*d49ad206SAndrew Turner 	  memset (a + test_arr[c].offset, 0, test_arr[c].len);
180*d49ad206SAndrew Turner       t = clock_get_ns () - t;
181*d49ad206SAndrew Turner       total_size += memset_size;
182*d49ad206SAndrew Turner       tsum += t;
183*d49ad206SAndrew Turner       printf ("%dK: %.2f ", size / 1024, (double)memset_size / t);
184*d49ad206SAndrew Turner     }
185*d49ad206SAndrew Turner   printf( "avg %.2f\n", (double)total_size / tsum);
186*d49ad206SAndrew Turner 
187*d49ad206SAndrew Turner 
188*d49ad206SAndrew Turner   printf ("\nMedium memset (bytes/ns):\n");
189*d49ad206SAndrew Turner   for (int f = 0; funtab[f].name != 0; f++)
190*d49ad206SAndrew Turner     {
191*d49ad206SAndrew Turner       printf ("%22s ", funtab[f].name);
192*d49ad206SAndrew Turner 
193*d49ad206SAndrew Turner       for (int size = 8; size <= 512; size *= 2)
194*d49ad206SAndrew Turner 	{
195*d49ad206SAndrew Turner 	  uint64_t t = clock_get_ns ();
196*d49ad206SAndrew Turner 	  for (int i = 0; i < ITERS2; i++)
197*d49ad206SAndrew Turner 	    funtab[f].fun (a, 0, size);
198*d49ad206SAndrew Turner 	  t = clock_get_ns () - t;
199*d49ad206SAndrew Turner 	  printf ("%dB: %.2f ", size, (double)size * ITERS2 / t);
200*d49ad206SAndrew Turner 	}
201*d49ad206SAndrew Turner       printf ("\n");
202*d49ad206SAndrew Turner     }
203*d49ad206SAndrew Turner 
204*d49ad206SAndrew Turner   printf ("%22s ", "memset_call");
205*d49ad206SAndrew Turner   for (int size = 8; size <= 512; size *= 2)
206*d49ad206SAndrew Turner     {
207*d49ad206SAndrew Turner       uint64_t t = clock_get_ns ();
208*d49ad206SAndrew Turner       for (int i = 0; i < ITERS2; i++)
209*d49ad206SAndrew Turner 	memset (a, 0, size);
210*d49ad206SAndrew Turner       t = clock_get_ns () - t;
211*d49ad206SAndrew Turner       printf ("%dB: %.2f ", size, (double)size * ITERS2 / t);
212*d49ad206SAndrew Turner     }
213*d49ad206SAndrew Turner 
214*d49ad206SAndrew Turner 
215*d49ad206SAndrew Turner   printf ("\nLarge memset (bytes/ns):\n");
216*d49ad206SAndrew Turner   for (int f = 0; funtab[f].name != 0; f++)
217*d49ad206SAndrew Turner     {
218*d49ad206SAndrew Turner       printf ("%22s ", funtab[f].name);
219*d49ad206SAndrew Turner 
220*d49ad206SAndrew Turner       for (int size = 1024; size <= 65536; size *= 2)
221*d49ad206SAndrew Turner 	{
222*d49ad206SAndrew Turner 	  uint64_t t = clock_get_ns ();
223*d49ad206SAndrew Turner 	  for (int i = 0; i < ITERS3; i++)
224*d49ad206SAndrew Turner 	    funtab[f].fun (a, 0, size);
225*d49ad206SAndrew Turner 	  t = clock_get_ns () - t;
226*d49ad206SAndrew Turner 	  printf ("%dK: %.2f ", size / 1024, (double)size * ITERS3 / t);
227*d49ad206SAndrew Turner 	}
228*d49ad206SAndrew Turner       printf ("\n");
229*d49ad206SAndrew Turner     }
230*d49ad206SAndrew Turner 
231*d49ad206SAndrew Turner   printf ("%22s ", "memset_call");
232*d49ad206SAndrew Turner   for (int size = 1024; size <= 65536; size *= 2)
233*d49ad206SAndrew Turner     {
234*d49ad206SAndrew Turner       uint64_t t = clock_get_ns ();
235*d49ad206SAndrew Turner       for (int i = 0; i < ITERS3; i++)
236*d49ad206SAndrew Turner 	memset (a, 0, size);
237*d49ad206SAndrew Turner       t = clock_get_ns () - t;
238*d49ad206SAndrew Turner       printf ("%dK: %.2f ", size / 1024, (double)size * ITERS3 / t);
239*d49ad206SAndrew Turner     }
240*d49ad206SAndrew Turner   printf ("\n\n");
241*d49ad206SAndrew Turner 
242*d49ad206SAndrew Turner   return 0;
243*d49ad206SAndrew Turner }
244