LabVIEW性能和内存管理(中文)

LabVIEW的执行系统
• 每一个执行系统有多个线程 • 例外：用户界面只有一个线程
下图显示的是执行系统如何工作的模型。模型中为每一个执行系统（3个） 创建了一个队列。放在队列里面的数据代表需要编译的VI的执行代码。当一 个VI准备运行时，LabVIEW将其放入对应执行系统的队列中。 每一个执行系统有一个或多个线程。每一个线程都有一个循环，这个循环 从队列中提取并执行队列元素代码。用户界面执行系统只有一个线程，但 是其它的执行系统都有多个线程并共享同一个队列。当VI的代码并行运行时， 代码在执行系统的不同线程中被并行处理。
元素同址操作结构
• 七种边界操作类型:
– – – – – – – 数组索引/替换 数组拆分/替换子数组 解绑/捆绑簇 解绑/捆绑波形 变体与元素转换 原位输入/输出边界节点 数据值参考读/写
休眠
• 当节点“进入休眠”时，它将自身置于等待队列上，然后返回到执行 系统 – 例如，队列，子VI调用，调试等. • 当它完成等待时，从等待队列释放并放回执行队列 • 有时VI会通过停止执行并返回队列来将执行权交给其它VI – 例如，While循环 • 队列元素跟踪进度，以便他们可以在停止的地方重新执行
LabVIEW的执行系统
• 系统工作就像一个线程池 – 程序工作就是一个队列 – 一系列线程从队列中提取程序执行代码 • 工作（队列元素）就是执行代码片段 • 每一个队列就是一个执行系统 – 用户界面I – 标准 LabVIEW执行系统就像一个线程池。线程池是线程 – 仪器I/O 的集合，共同完成从共享队列中提取的一系列工作。 在LabVIEW中，工作被称为“队列元素”，每一个元 – 数据采集 素都代表一段需要被执行的VI代码。 – 其它1 在LabVIEW中，实际上有6个执行系统，每一个系统 – 其它2 都有自己独立的队列。此外每一个定时循环都有自 己独立的执行系统。 – 与调用方相同 – 定时循环
LabVIEW执行系统使你的代码自动并行运行。在其它编程语言中如果需要并行运 行代码必须手动管理线程，但是LabVIEW的编译器和执行系统在可能的情况下一 起并行运行代码。 大多数情况下，执行系统的细节是无关紧要的，因为系统能够在没有干预的情况 下自动优化执行程序，但有些时候了解细节有助于理解执行系统的工作方式，以 便于提高程序性能。
同址操作
• 确定何时需要进行复制
– 数组和簇的权重高于其他类型
• 算法在执行之前运行
– 不知道数组或字符串的大小
• 依赖于程序的顺序方面
– 分支机构可能需要副本
确定何时需要进行复制的算法称为“同址”操作。该算法在VI中普遍存在并尝试找 到可以减少数组和簇复制的最佳代码方式。在执行之前“同址”操作已经确定，因 此就不知道一个数组是否大于另一个数组。
Clump 2 Sleeping
LabVIEW块运算
• 上图显示的块表示程序框图的开始和结束。当两个“循环”执行时， 该块是“休眠”，同时它会被“唤醒”以结束VI（两个除法函数）。 在有一个LabVIEW执行系统情况下，VI会生成执行代码。在VI的数据空 间中，每个块有一个记录，称为Q元素。Q元素可以放在一个称为 “runQ”的队列上，LabVIEW执行系统使用它来安排相关的代码段。
自下而上
同址信息通过调用层次结构自下而上传递
Branched wire
Copy because of increment
No copies required Increments array in place
显示缓冲区分配
同址优化示例
对波形数组的每个元素进行操作
这是一个如何使用“显示缓冲区分配”工具来提高性能的示例。从层次结构的高层 开始，可以使用“显示缓冲区分配”工具查看这些波形被复制三次。为了优化这个， 我们需要深入到每个子VI并修复它们，使它们同址运行。
LabVIEW的性能和内存管理
目标
• 理解LabVIEW的执行系统 • 学习通过以下方式提高性能:
– 减少数据备份 – 减少总的内存使用
• 理解VI执行属性
LabVIEW的执行系统
• LabVIEW的执行系统是LabVIEW中负责实际运行代码的部 分 • 支持自动并行运行 • LabVIEW的独特性 – 其它编程语言需要手动线程管理
切换执行系统
• 当节点想要运行但是在错误的执行系统中时，它使队列元素“进入睡眠”并在另一个 执行系统中唤醒。这意味着代码将停止执行，并将其放在一个运行它的执行系统队列 中。当其他执行系统有时间时，它会将元素拉回队列并执行它。此转换需要时间，因 此它可能是性能问题的原因。 为了避免这种情况，应该尽量避免不必要的UI代码（如VI属性节点等），并为子VI指定 首选执行系统选项为“与调用者相同”。有两种情况可能需要为VI使用特定的首选执行 系统： 1：如果VI有UI代码，那么该代码必须在UI线程中运行。当你使用“与调用者相同”时， 可能最终运行在一个执行系统而不是UI线程。这意味着VI必须切换执行系统以获取UI线 程。然后，VI必须返回到它在调用UI线程之前启动的相同执行系统，因此它将必须进行 执行系统切换。如果这发生在一个循环中，那么它就会显着影响性能。如果将该VI标记 为首选的UI线程，则调用者可以在调用之前切换到UI线程。这可能意味着切换仅在循环 之前和之后发生，而不是每次发生。 2：如果VI具有长时间运行的高优先级循环，用于处理类似数据采集的任务，那么您可 以将该VI标记为在其他执行系统（仪器I / O，数据采集，其他1或其他2 ），以便它不必 与其他VI竞争执行系统的时间。注意，如果你不是在实时操作系统上运行，你仍然需要 担心操作系统调度程序。使用定时循环来控制优先级将更可靠，并且在实时操作系统 上这样做是确保您的代码以正确的优先级运行的最可靠的方法。
首选执行系统
• 一些节点必须在UI线程中运行 • 每个VI可以指定首选的执行系统 – 默认值为“与调用者相同”
一些节点具有首选的执行系统。最常见的首选执行系统是UI线程。一些节点必 须在UI线程上运行。例如，VI中属性节点、VI 中调用节点以及VI引用节点必须 在UI线程中运行。（此限制不适用于用于DAQ采集，LV类或其他类型的属性/调 用节点。）另外，每个VI可以指定首选的执行系统。默认值为“与调用者相 同”，这意味着VI可以在任何执行系统中运行。
LabVIEW的执行系统
LabVIEW块运算
Clump 0 Clump 1 Clump 0
Clump 2
LabVIEW块运算
• LabVIEW使用抢先式和合作式的多线程机制。在编译过程中，LabVIEW分析VI 以定位可以在所谓的块中一起执行的节点组。每个优先级和执行系统组合都 有一个运行队列数据结构，保留哪些块可以一起运行。当执行系统激活线程 时，执行系统从运行队列检索并执行块。当执行系统完成运行时，它在运行 队列上存储满足输入条件的附加块。这就允许程序框图在任何可用的执行线 程中运行。如果程序框图具有足够的并行性，则它可以在所有线程中同时执 行。LabVIEW不会将代码块永久分配给特定线程。LabVIEW可以在下次运行VI 时使用不同的线程执行程序块。 由LabVIEW安排，每个块产生一段代码。在一个块中，LabVIEW不提供并行性。 在块与块之间，LabVIEW可以使用其执行系统进行多任务。
•Hale Waihona Puke ••优先级
• 子VI优先级影响执行系统中该VI的队列元素的优先级。 • 优先级较高的队列元素首先被执行 • 优先级设置不影响执行系统线程本身的优先级： – 执行系统可能会抢占整个线程来运行线程相对于另一 个执行系统（或其它进程） – 使用定时循环更可靠地控制优先级。
子程序优先级
• 子程序优先级设置不是实际的优先级。它不是改变队列元素 的优先级，子程序优先级使整个VI是一个单独的块，它保证 在开始执行时不会进入休眠。这意味着您不能调用任何可能 导致VI在子程序VI中进入休眠的功能，并且不能在VI中切换执 行系统。您只能调用也标记为子程序优先级的其他子VI。在 子程序VI中运行的所有代码都是串行的：在子程序VI中没有 并行性。 • 子程序还有另外一个有助于最高优先级应用程序的功能，右 键单击一个子VI并且从快捷菜单中选择遇忙时忽略子程序调 用，如果子程序正在另外一个线程运行时，执行系统会跳过 调用。这一功能可帮助执行系统在时间紧迫的循环中安全跳 过子程序的执行操作，避免了等待完成子VI而导致的延时。 如果跳过了子VI的执行，所有子VI在前面板上的显示控件的 输出将还原为默认值。
第二个子VI“同址”操作
changes into…
第三个子VI“同址”操作
changes into…
最终结果：内存缓冲点隐藏
一旦打开这些子VI并修复了副本，然后保存它们（包括顶级VI），并再次使用显示缓 冲区分配工具，可以验证内存缓冲点是否消失。注意，必须重新编译Vis以更新缓冲 区分配显示。可以通过运行VI，保存VI或按住Ctrl键并单击运行箭头来执行此操作。
•
LabVIEW块运算
Clump 1
Top For Loop Indicator is updated Clump 0 Scheduled Sleep...
Clump 0
Start of diagram: Reads controls, then schedules Clumps 1 and 2 Then sleeps...
内联VI
• 优先更换子程序优先级 • 当调用者被编译时，整个程序框图被插入调用者：零调用 开销
– 零调用开销
• 仍然可以包含并行性 • 允许更多的编译器优化 • 限制:
– 无前面板访问 – 不是所有节点都允许 – 强制调用者在每次修改子VI时重新编译
连线语义
• 每根导线都是一个缓冲内存器 • 分支创建副本
第一个子VI“同址”操作
changes into…
这里我们可以使用元素同址操作结构使子VI“同址”执行。如果LabVIEW版本没有 元素同址操作结构，那么可以通过将输入波形连接到右侧束波形节点（所谓的“魔 术模式”）的顶部端子来获得相同的效果。这给LabVIEW的同址操作一个提示，希 望这两个波形同址操作。