Los 6 niveles de optimización de software | Mejora tu código

La optimización de software es una parte fundamental dentro de cualquier desarrollo. Todo, desde la aplicación más simple hasta el más sofisticado sistema de análisis de big data, se ejecuta sobre recursos de hardware limitados. Por eso, una correcta optimización permitirá que esos recursos se utilicen de forma más eficiente. ¿Quieres saber cómo puedes conseguirla?

Lo primero que tienes que saber es que, al contrario de lo que a veces puede parecer, el proceso de optimización de código no es ajeno ni complementario al desarrollo. Se trata de una parte integral de este. Podemos dividir el proceso de optimización en varios niveles, que a continuación te detallamos.

Optimización de software en la fase de diseño

La arquitectura del software puede ser clave tanto para que se ejecute de forma eficiente como para que la plataforma en la que se ejecuta sea la adecuada. Por ejemplo, un software cuyo consumo de recursos puede variar mucho a lo largo del tiempo y que debe ser capaz de escalar hacia arriba o hacia abajo según necesidades se puede beneficiar de una arquitectura de microservicios. Incluso de una arquitectura distribuida que permita añadir o quitar nodos según las necesidades puntuales.

Optimización del código fuente de la aplicación

Ni que decir tiene que de poco sirve una arquitectura bien diseñada si la implementación del propio código no es la más apropiada. Un algoritmo ineficiente necesitará muchos más recursos de los imprescindibles para funcionar. Además, lo más probable es que se convertirá en un quebradero de cabeza y requerirá una inversión superior en infraestructura a posteriori.

Aunque algunos compiladores pueden resolver parte de los problemas de optimización a este nivel, un código de buena calidad es básico en la optimización de software.

Optimización de software en el ámbito del montaje

Como ya hemos avanzado, los programas se ejecutan sobre una plataforma que incluye partes de software, en especial el sistema operativo, y de hardware. Estos componentes disponen de herramientas que son capaces de mejorar el rendimiento del código. Para ello utilizan, por ejemplo, procesamiento en paralelo. También pueden anticipar el procesado de instrucciones que probablemente se ejecutarán a continuación.

Utilizando las directivas de compilación apropiadas, es posible obtener algunas ventajas de estas capacidades de la plataforma. Por eso es importante optimizar en esta fase. Si se compila en una máquina diferente a la que se utilizará para ejecutar el código, puede que esto requiera ajustes diferentes para la aplicación en desarrollo. También hacer una compilación cruzada, o en un entorno clónico al de producción, para las versiones que se publicarán.

Optimización de software en el compilador

Además de utilizar funciones específicas de la plataforma, el propio compilador es capaz de llevar a cabo algunas optimizaciones que pueden mejorar el desempeño de la aplicación. Las capacidades predictivas pueden variar de unos compiladores a otros. Así que, en algunos lenguajes, elegir un compilador frente a otro es también una decisión que puede afectar a la optimización.

Con respecto al ensamblador

La optimización en el ámbito del ensamblador no la lleva a cabo el programador salvo en casos muy poco frecuentes y muy específicos. Habitualmente son casos en los que se programan aplicaciones críticas para un hardware concreto. Normalmente, dedicado a una tarea en tiempo real.

Sin embargo, la optimización de software se enfrenta aquí a una importante disyuntiva. Puede compilarse para que funcione en el mayor número de máquinas posible. O bien, hacerlo para que utilice todas las características del procesador en que se va a ejecutar.

En el software propietario comercial, lo normal es que la compilación sea lo más genérica posible. En el mundo del código abierto también lo es. No obstante, es posible compilar una aplicación de forma específica para obtener más rendimiento. Esa es la filosofía de distribuciones de GNU/Linux como Gentoo. En ella se compila cada componente (o, al menos, los que elige el administrador) en la máquina de destino para que se adapte al máximo.

Si se trata de un software desarrollado a medida, conviene tener en cuenta en qué máquinas va a utilizarse. También si, en el futuro, el mantenimiento se hará más complejo por las posibles recompilaciones para que el software funcione en nuevas máquinas.

Optimización de software en tiempo de ejecución

Este es el último nivel de optimización de software. Esto es así porque se lleva a cabo durante la propia ejecución de la aplicación. Tiene la ventaja de que, en muchos casos, permite adaptar la optimización a la situación actual ante la que se encuentre el software en cada caso.

Existen diferentes tecnologías que llevan a cabo esta optimización. Entre las más utilizadas están los motores JIT (Just-In-Time, que podríamos traducir por “bajo demanda” o “en el momento”). Estos motores compilan total o parcialmente el código cuando se está ejecutando. Por lo tanto, algunas de las optimizaciones explicadas anteriormente pueden aplicarse en este punto.

También hay otras tecnologías que permiten perfilar las aplicaciones y ajustar el rendimiento de estas según el uso. Un análisis estático del código puede no dar pistas sobre las tareas que se ejecutarán a continuación. Sin embargo, en producción puede encontrarse ese patrón y preparar la ejecución sucesiva de las tareas que vendrán a continuación con mayor probabilidad.

Técnicas similares están ya integradas en los procesadores, que en ocasiones explotan la posibilidad de llevar a cabo el procesado de varios hilos en paralelo mediante ejecución predictiva. De este modo, se reducen muchos tiempos de espera. Además, si la predicción es certera, se aumenta notablemente el rendimiento del software.

Una parte integral del proceso

Como has podido ver, la optimización de software es mucho más que una tarea adicional al desarrollo de este; resulta ser una parte integral del proceso que abarca a todas las personas implicadas en este: desde los arquitectos de software hasta los responsables de sistemas e infraestructuras, pasando por desarrolladores, QAs y DevOps.

Que todas estas partes tengan en cuenta la necesidad de que el software sea eficiente es la mejor garantía de que la aplicación será escalable y no utilizará excesivos recursos. Y, sobre todo, de que en el futuro el mantenimiento no será más costoso de lo debido o, directamente, inviable. Invertir en un software de calidad siempre resulta ser la alternativa más asequible a medio plazo. Optimizarlo, como has comprobado, es una de las mejores maneras de conseguirlo.

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