GraalVMでRust動かしたりレイトレをネイティブコンパイルしたり

GraalVMが正式にリリースされました。結構話題になってますね。
GraalVMは、Graal JITとAoT、そしてASTエンジンTruffleの複合体です。(かな？)
GraalVM

ということで、Rust動かしたりJavaで書いたレイトレコードをネイティブコンパイルしたりしてみました。

Hyper-VでUbuntuを用意する

ほんとはWindows Subsystem of Linux(WSL)でやりたかったのだけど、WSL上でJavaがちゃんと動いてくれなかったのであきらめました。
で、VirtualBox使うかなと思ったけど、Hyper-Vを無効にしないといけなくて、Hyper-Vを無効にするとDockerが動かなくなるのでやだなーと思ってたのだけど、普通にHyper-VでUbuntuたちあげればいいのではーと思ってやってみました。

普通に使えますが、画面サイズ調整やフォルダ共有、クリップボード共有など、VirtualBoxのほうが使いやすいですね。
Macの場合はCE版ではなくOracle版を使うといいと思います。

RustをGraalVMで動かす

ASTエンジンTruffleというのは、プログラム言語を構文木に落として、最適化・実行する処理エンジンです。
JavaのバイトコードやLLVMのビットコードよりも抽象度が高く言語の構造が残っているため、最適化がやりやすいということを狙ってます。(たぶん)
で、そこでLLVMのビットコードをTruffleコードに変換するというSulongというツールもあるので、Rustも動きます。ライブラリなんかは、x86コードをLLVMビットコードに変換してTruffleコードに変換して動かすらしい。変態。

で、こんな感じでRustコードをmain.rsという名前で用意します。

fn main() {
  println!("Hello rust! fib(8) is {}", fib(8));
}

fn fib(i:i64) -> i64 {
  if i < 2 {
    i
  } else {
    fib(i - 2) + fib(i - 1)
  }
}

とりあえず普通にコンパイルして動かしてみます。

$ rustc main.rs
$ ./main
Hello rust! fib(8) is 21

では、これをLLVMのビットコードを吐きだしてGraalVMで動かしてみます。

$ rustc --emit=llvm-bc main.rs
$ ls -l main.*
-rw-rw-r-- 1 naoki naoki 6860  4月 23 01:37 main.bc
-rw-rw-r-- 1 naoki naoki  146  4月 23 01:36 main.rs
$ graalvm-1.0.0-rc1/bin/lli --lib $(rustc --print sysroot)/lib/libstd-* main.bc
Hello rust! fib(8) is 21

動きました！

Haskellでもいけるかなと思ったけど、LLVM3.5が必要っぽく、パッケージが3.7からしかないっぽく、とりあえずあきらめ。

レイトレをネイティブコンパイルしてみる

GraalVMにはAoTコンパイラもあります。AoTというのはAhead of Timeで、事前コンパイルのことです。これを使ってJavaコードをネイティブコンパイルしてみます。
それなりに処理量があるコードということで、こないだ作ったレイトレを動かしてみます。
kishida/smallpt4j: smallpt Java port

最新版はいろいろいじってて複数ソースに分かれてたりするので、初期のものを使います。
https://github.com/kishida/smallpt4j/blob/original/src/main/java/naoki/smallpt/SmallPT.java

パッケージをデフォルトパッケージに変更しておきます。また。FastMathを使っているのでjava.lang.Math.*をstatic importしてこちらを使います。
で、普通にコンパイルして実行

$ graalvm-1.0.0-rc1/bin/javac SmallPT.java
$ graalvm-1.0.0-rc1/bin/java SmallPT

画像ができました。

今回は早く終わるよう、画像を荒くしたままにしてます。

ではネイティブコンパイルを。
ネイティブコンパイルにはzlib.hが必要なので、とってきます。

$ sudo apt install zlib1g-dev

そしてnative-imageでコンパイル

$ graalvm-1.0.0-rc1/bin/javac SmallPT.java 
$ graalvm-1.0.0-rc1/bin/native-image SmallPT
Build on Server(pid: 7220, port: 26681)
   classlist:     166.86 ms
       (cap):     544.93 ms
       setup:     803.27 ms
    analysis:   3,460.75 ms
error: com.oracle.graal.pointsto.constraints.UnsupportedFeatureException: Unsupported method java.lang.ClassLoader.getParent() is reachable: The declaring class of this element has been substituted, but this element is not present in the substitution class
To diagnose the issue, you can add the option -H:+ReportUnsupportedElementsAtRuntime. The unsupported element is then reported at run time when it is accessed the first time.

なんかエラー。
ImageIOがだめっぽい。動的にクラスロードしてるからだろうな。
※ 2018/11/14追記 GraalVM Community Edition 1.0 RC9ではImageIOに対応していてそのままnative-imageが通ります。

ということで、ImageIOをやめてオリジナルのsmallptと同様にppmを吐き出すように変更します。

        try(BufferedWriter bw = Files.newBufferedWriter(Paths.get("image.ppm"));
            PrintWriter pw = new PrintWriter(bw)) {
            pw.printf("P3\n%d %d\n%d\n", w, h, 255);
            for (Vec v : c) {
                pw.printf("%d %d %d ", toInt(v.x), toInt(v.y), toInt(v.z));
            }
        }

ということで、全体のコードはこちらに
SmallPT4j without ImageIO

改めてJavaで動かします。

$ graalvm-1.0.0-rc1/bin/javac SmallPT.java 
$ graalvm-1.0.0-rc1/bin/java SmallPT 
JVM:1.8.0_161 sample:40
Samples:40 Type:master Time:PT24.042S

これをネイティブコンパイル。

$ graalvm-1.0.0-rc1/bin/native-image SmallPT
Build on Server(pid: 7220, port: 26681)
   classlist:     167.94 ms
       (cap):     592.71 ms
       setup:     808.36 ms
  (typeflow):   2,479.49 ms
   (objects):     875.25 ms
  (features):      24.48 ms
    analysis:   3,439.52 ms
    universe:     134.33 ms
     (parse):     318.66 ms
    (inline):     550.73 ms
   (compile):   2,101.23 ms
     compile:   3,249.17 ms
       image:     466.18 ms
       write:     120.34 ms
     [total]:   8,412.47 ms
$ ls -l smallpt
-rwxrwxr-x 1 naoki naoki 5696832  4月 23 02:27 smallpt

こんどはいけました。ネイティブファイルができてますね。そして5MB。案外小さい。

実行してみます。

$ rm image.ppm 
$ ./smallpt 
JVM:null sample:40
Samples:40 Type:master Time:PT37.341S
$ ls -l image.ppm
-rw-rw-r-- 1 naoki naoki 8244655  4月 23 02:28 image.ppm

というか、遅くなっている。。。24秒だったのが37秒に。

ついでに、通常のOpenJDKで動かしてみます。

$ jdk1.8.0_171/bin/java SmallPT 
JVM:1.8.0_171 sample:40
Samples:40 Type:master Time:PT18.565S
$ jdk-10.0.1/bin/java SmallPT 
JVM:10.0.1 sample:40
Samples:40 Type:master Time:PT16.400068S

GraalVMのJVMより速いし、JDK10はさらに速い！

ということでこんな感じに。