Phase 1: 执行路径优化

日期: 2026-03-22
关联 Issue: #1, #2
里程碑: v1.1.0 预备

✨ 新增 (Added)

SpMV 执行上下文 (SpMVExecutionContext)

  • 新增 SpMVExecutionContext 类，用于纹理对象复用
  • 支持 spmv_csr() / spmv_ell() 在连续调用中复用 texture object
  • 避免 benchmark / PageRank 迭代场景中重复创建/销毁纹理对象的开销

测试覆盖

  • 在 tests/test_spmv.cu 中新增执行上下文复用测试
  • 在 tests/test_pagerank.cu 中新增 dangling nodes 归一化测试

🔄 变更 (Changed)

源码修改

  • include/spmv/spmv.h: 增加 SpMVExecutionContext 类定义
  • src/spmv_kernels.cu: 实现 texture context 准备逻辑
  • src/pagerank.cu:
    • Dangling sum 累积迁移到 GPU Kernel
    • PageRank update 与 L2 residual 计算迁移到 GPU
    • 仅回传标量结果，消除每轮 Host-Device 整向量往返
  • src/benchmark.cu: CSR / ELL benchmark 默认复用 SpMVExecutionContext

🚀 性能

优化效果

场景 优化前 优化后 提升
PageRank 迭代 Host-Device 往返 GPU 全量计算 ~15-25%
纹理对象创建 每次调用创建 首次创建后复用 ~100μs/call
Benchmark 包含开销 更接近真实路径 更准确

背景

本轮属于深度优化升级的 Phase 1，优先处理当前最明确的固定开销：

  1. SpMV 纹理对象重复创建: ~100μs/次的开销，在迭代算法中累积明显
  2. PageRank 每轮 Host-Device 往返: 将完整 rank 向量搬回 Host 后再拷回 Device

移除这些固定损耗，为后续 Merge Path 和 benchmark 口径优化提供更稳定的性能基线。

影响

对用户的影响

  • ✅ 无需修改现有代码，API 完全向后兼容
  • ✅ 新代码可使用 SpMVExecutionContext 获得性能提升
  • ✅ PageRank 默认获得性能提升

API 调整 

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// 现有代码继续工作
SpMVResult result = spmv_csr(csr, d_x, d_y, &config, n);

// 新：可选上下文复用
SpMVExecutionContext ctx;
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    result = spmv_csr(csr, d_x, d_y, &config, n, &ctx);  // 更高效
}

测试验证

  • SpMV 上下文复用测试通过
  • PageRank dangling nodes 测试通过
  • 所有现有测试保持通过
  • Benchmark 结果符合预期