Import GC benchmarks from Larceny, by Hansen, Clinger, et al.
[bpt/guile.git] / gc-benchmarks / larceny / perm.sch
diff --git a/gc-benchmarks/larceny/perm.sch b/gc-benchmarks/larceny/perm.sch
new file mode 100644 (file)
index 0000000..56b4da1
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,324 @@
+;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
+; File:         perm9.sch
+; Description:  memory system benchmark using Zaks's permutation generator
+; Author:       Lars Hansen, Will Clinger, and Gene Luks
+; Created:      18-Mar-94
+; Language:     Scheme
+; Status:       Public Domain
+;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
+
+; 940720 / lth Added some more benchmarks for the thesis paper.
+; 970215 / wdc Increased problem size from 8 to 9; improved tenperm9-benchmark.
+; 970531 / wdc Cleaned up for public release.
+; 000820 / wdc Added the MpermNKL benchmark; revised for new run-benchmark.
+
+; This benchmark is in four parts.  Each tests a different aspect of
+; the memory system.
+;
+;    perm            storage allocation
+;    10perm          storage allocation and garbage collection
+;    sumperms        traversal of a large, linked, self-sharing structure
+;    mergesort!      side effects and write barrier
+;
+; The perm9 benchmark generates a list of all 362880 permutations of
+; the first 9 integers, allocating 1349288 pairs (typically 10,794,304
+; bytes), all of which goes into the generated list.  (That is, the
+; perm9 benchmark generates absolutely no garbage.)  This represents
+; a savings of about 63% over the storage that would be required by
+; an unshared list of permutations.  The generated permutations are
+; in order of a grey code that bears no obvious relationship to a
+; lexicographic order.
+;
+; The 10perm9 benchmark repeats the perm9 benchmark 10 times, so it
+; allocates and reclaims 13492880 pairs (typically 107,943,040 bytes).
+; The live storage peaks at twice the storage that is allocated by the
+; perm9 benchmark.  At the end of each iteration, the oldest half of
+; the live storage becomes garbage.  Object lifetimes are distributed
+; uniformly between 10.3 and 20.6 megabytes.
+;
+; The 10perm9 benchmark is the 10perm9:2:1 special case of the
+; MpermNKL benchmark, which allocates a queue of size K and then
+; performs M iterations of the following operation:  Fill the queue
+; with individually computed copies of all permutations of a list of
+; size N, and then remove the oldest L copies from the queue.  At the
+; end of each iteration, the oldest L/K of the live storage becomes
+; garbage, and object lifetimes are distributed uniformly between two
+; volumes that depend upon N, K, and L.
+;
+; The sumperms benchmark computes the sum of the permuted integers
+; over all permutations.
+;
+; The mergesort! benchmark destructively sorts the generated permutations
+; into lexicographic order, allocating no storage whatsoever.
+;
+; The benchmarks are run by calling the following procedures:
+;
+;    (perm-benchmark n)
+;    (tenperm-benchmark n)
+;    (sumperms-benchmark n)
+;    (mergesort-benchmark n)
+;
+; The argument n may be omitted, in which case it defaults to 9.
+;
+; These benchmarks assume that
+;
+;    (RUN-BENCHMARK <string> <thunk> <count>)
+;    (RUN-BENCHMARK <string> <count> <thunk> <predicate>)
+;
+; reports the time required to call <thunk> the number of times
+; specified by <count>, and uses <predicate> to test whether the
+; result returned by <thunk> is correct.
+; Date: Thu, 17 Mar 94 19:43:32 -0800
+; From: luks@sisters.cs.uoregon.edu
+; To: will
+; Subject: Pancake flips
+; 
+; Procedure P_n generates a grey code of all perms of n elements
+; on top of stack ending with reversal of starting sequence
+; 
+; F_n is flip of top n elements.
+; 
+; 
+; procedure P_n
+; 
+;   if n>1 then
+;     begin
+;        repeat   P_{n-1},F_n   n-1 times;
+;        P_{n-1}
+;     end
+; 
+
+(define (permutations x)
+  (let ((x x)
+        (perms (list x)))
+    (define (P n)
+      (if (> n 1)
+          (do ((j (- n 1) (- j 1)))
+              ((zero? j)
+               (P (- n 1)))
+              (P (- n 1))
+              (F n))))
+    (define (F n)
+      (set! x (revloop x n (list-tail x n)))
+      (set! perms (cons x perms)))
+    (define (revloop x n y)
+      (if (zero? n)
+          y
+          (revloop (cdr x)
+                   (- n 1)
+                   (cons (car x) y))))
+    (define (list-tail x n)
+      (if (zero? n)
+          x
+          (list-tail (cdr x) (- n 1))))
+    (P (length x))
+    perms))
+
+; Given a list of lists of numbers, returns the sum of the sums
+; of those lists.
+;
+; for (; x != NULL; x = x->rest)
+;     for (y = x->first; y != NULL; y = y->rest)
+;         sum = sum + y->first;
+
+(define (sumlists x)
+  (do ((x x (cdr x))
+       (sum 0 (do ((y (car x) (cdr y))
+                   (sum sum (+ sum (car y))))
+                  ((null? y) sum))))
+      ((null? x) sum)))
+
+; Destructive merge of two sorted lists.
+; From Hansen's MS thesis.
+
+(define (merge!! a b less?)
+
+  (define (loop r a b)
+    (if (less? (car b) (car a))
+        (begin (set-cdr! r b)
+               (if (null? (cdr b))
+                   (set-cdr! b a)
+                   (loop b a (cdr b)) ))
+        ;; (car a) <= (car b)
+        (begin (set-cdr! r a)
+               (if (null? (cdr a))
+                   (set-cdr! a b)
+                   (loop a (cdr a) b)) )) )
+
+  (cond ((null? a) b)
+        ((null? b) a)
+        ((less? (car b) (car a))
+         (if (null? (cdr b))
+             (set-cdr! b a)
+             (loop b a (cdr b)))
+         b)
+        (else                           ; (car a) <= (car b)
+         (if (null? (cdr a))
+             (set-cdr! a b)
+             (loop a (cdr a) b))
+         a)))
+
+
+;; Stable sort procedure which copies the input list and then sorts
+;; the new list imperatively.  On the systems we have benchmarked,
+;; this generic list sort has been at least as fast and usually much
+;; faster than the library's sort routine.
+;; Due to Richard O'Keefe; algorithm attributed to D.H.D. Warren.
+
+(define (sort!! seq less?)
+  
+  (define (step n)
+    (cond ((> n 2)
+           (let* ((j (quotient n 2))
+                  (a (step j))
+                  (k (- n j))
+                  (b (step k)))
+             (merge!! a b less?)))
+          ((= n 2)
+           (let ((x (car seq))
+                 (y (cadr seq))
+                 (p seq))
+             (set! seq (cddr seq))
+             (if (less? y x)
+                 (begin
+                  (set-car! p y)
+                  (set-car! (cdr p) x)))
+             (set-cdr! (cdr p) '())
+             p))
+          ((= n 1)
+           (let ((p seq))
+             (set! seq (cdr seq))
+             (set-cdr! p '())
+             p))
+          (else
+           '())))
+  
+  (step (length seq)))
+
+(define lexicographically-less?
+  (lambda (x y)
+    (define (lexicographically-less? x y)
+      (cond ((null? x) (not (null? y)))
+            ((null? y) #f)
+            ((< (car x) (car y)) #t)
+            ((= (car x) (car y))
+             (lexicographically-less? (cdr x) (cdr y)))
+            (else #f)))
+    (lexicographically-less? x y)))
+
+; This procedure isn't used by the benchmarks,
+; but is provided as a public service.
+
+(define (internally-imperative-mergesort list less?)
+  
+  (define (list-copy l)
+    (define (loop l prev)
+      (if (null? l)
+          #t
+          (let ((q (cons (car l) '())))
+            (set-cdr! prev q)
+            (loop (cdr l) q))))
+    (if (null? l)
+        l
+        (let ((first (cons (car l) '())))
+          (loop (cdr l) first)
+          first)))
+  
+  (sort!! (list-copy list) less?))
+
+(define *perms* '())
+
+(define (one..n n)
+  (do ((n n (- n 1))
+       (p '() (cons n p)))
+      ((zero? n) p)))
+   
+(define (perm-benchmark . rest)
+  (let ((n (if (null? rest) 9 (car rest))))
+    (set! *perms* '())
+    (run-benchmark (string-append "Perm" (number->string n))
+                   1
+                   (lambda ()
+                     (set! *perms* (permutations (one..n n)))
+                     #t)
+                   (lambda (x) #t))))
+
+(define (tenperm-benchmark . rest)
+  (let ((n (if (null? rest) 9 (car rest))))
+    (set! *perms* '())
+    (MpermNKL-benchmark 10 n 2 1)))
+
+(define (MpermNKL-benchmark m n k ell)
+  (if (and (<= 0 m)
+           (positive? n)
+           (positive? k)
+           (<= 0 ell k))
+      (let ((id (string-append (number->string m)
+                               "perm"
+                               (number->string n)
+                               ":"
+                               (number->string k)
+                               ":"
+                               (number->string ell)))
+            (queue (make-vector k '())))
+
+        ; Fills queue positions [i, j).
+
+        (define (fill-queue i j)
+          (if (< i j)
+              (begin (vector-set! queue i (permutations (one..n n)))
+                     (fill-queue (+ i 1) j))))
+
+        ; Removes ell elements from queue.
+
+        (define (flush-queue)
+          (let loop ((i 0))
+            (if (< i k)
+                (begin (vector-set! queue
+                                    i
+                                    (let ((j (+ i ell)))
+                                      (if (< j k)
+                                          (vector-ref queue j)
+                                          '())))
+                       (loop (+ i 1))))))
+
+        (fill-queue 0 (- k ell))
+        (run-benchmark id
+                       m
+                       (lambda ()
+                         (fill-queue (- k ell) k)
+                         (flush-queue)
+                         queue)
+                       (lambda (q)
+                         (let ((q0 (vector-ref q 0))
+                               (qi (vector-ref q (max 0 (- k ell 1)))))
+                           (or (and (null? q0) (null? qi))
+                               (and (pair? q0)
+                                    (pair? qi)
+                                    (equal? (car q0) (car qi))))))))
+      (begin (display "Incorrect arguments to MpermNKL-benchmark")
+             (newline))))
+
+(define (sumperms-benchmark . rest)
+  (let ((n (if (null? rest) 9 (car rest))))
+    (if (or (null? *perms*)
+            (not (= n (length (car *perms*)))))
+        (set! *perms* (permutations (one..n n))))
+    (run-benchmark (string-append "Sumperms" (number->string n))
+                   1
+                   (lambda ()
+                     (sumlists *perms*))
+                   (lambda (x) #t))))
+
+(define (mergesort-benchmark . rest)
+  (let ((n (if (null? rest) 9 (car rest))))
+    (if (or (null? *perms*)
+            (not (= n (length (car *perms*)))))
+        (set! *perms* (permutations (one..n n))))
+    (run-benchmark (string-append "Mergesort!" (number->string n))
+                   1
+                   (lambda ()
+                     (sort!! *perms* lexicographically-less?)
+                     #t)
+                   (lambda (x) #t))))