eglibc是 Debian/Ubuntu 提供C語言程式動態連結時使用的函式庫，系統中使用C語言所撰寫的程式，本篇文章將討論如何分析 eglibc 的執行狀況與瓶頸，選出有優化潛力的函式，並如何去優化這些函式，最後再展示我們優化後的數據成果。

分析數據

這裡是用 libc-bench 跑 -pg 之後的結果。
使用的是 eglibc 的 profiling 版本，為 libc6-prof_2.17-0ubuntu5_armhf.deb
實驗所使用的程式碼與編譯方式在 eglibc/libc-bench/gprof_src 底下

原始數據在 gprof_src/analysis.txt 和 gprof_src/output.png
從實驗數據來看，依序應該 tune 這些 function

name	Self seconds	% time	cumulative seconds	calls	self calls	total s/calls	lang
read	0.35	6.68	0.35	21708	0.00	0.00	system call
_IO_vfscanf_internal	0.33	6.30	0.68	1635489	0.00	0.00
putc	0.31	5.92	0.99	5000000	0.00	0.00
clone	0.31	5.92	1.30	7499	0.00	0.00	asm
gconv_transform_utf8_internal	0.27	5.15	1.57	3175867	0.00	0.00
gnu_mcount_nc	0.26	4.96	1.83	0	0.00	0.00
mbrtowc	0.24	4.58	2.07	3175817	0.00	0.00
getc	0.23	4.39	2.30	5000000	0.00	0.00
strstr	0.20	3.82	2.50	68414	0.00	0.00
b_stdio_putcgetc	0.20	3.82	2.70	1	0.20	0.78
b_stdio_putcgetc_unlocked	0.19	3.63	2.89	1	0.19	0.29
memchr	0.14	2.67	3.03	2269541	0.00	0.00	asm
libc_do_syscall	0.13	2.48	3.16	0	0.00	0.00	asm
munmap	0.12	2.29	3.28	2286	0.00	0.00	system call
re_search_internal	0.12	2.29	3.40	2	0.06	0.08
pthread_mutex_lock	0.11	2.10	3.51	1381473	0.00	0.00
index	0.11	2.10	3.62	91302	0.00	0.00	builtin
_int_malloc	0.10	1.91	3.72	230096	0.00	0.00
_IO_old_init	0.09	1.72	3.81	1635521	0.00	0.00
pthread_create	0.08	1.53	3.89	7502	0.00	0.00
mprotect	0.08	1.53	3.97	4753	0.00	0.00	system call
Laligned	0.08	1.53	4.05	0	0.00	0.00
rawmemchr	0.07	1.34	4.12	1635499	0.00	0.00
_IO_str_init_static_internal	0.07	1.34	4.19	1635491	0.00	0.00
isoc99_vsscanf	0.07	1.34	4.26	1635489	0.00	0.00
write	0.07	1.34	4.33	2496	0.00	0.00	system call
_dl_mcount_wrapper_check	0.06	1.15	4.39	3175867	0.00	0.00
memcpy	0.06	1.15	4.45	758019	0.00	0.00
b_utf8_onebyone	0.06	1.15	4.51	1	0.06	0.63
_IO_sputbackc	0.05	0.95	4.56	3022065	0.00	0.00
_IO_setb	0.05	0.95	4.61	1635552	0.00	0.00

實驗數據

可靠度測試

實驗環境

• Odroid-U2

名詞定義

• Baseline

  baseline 是用 dpkg-buildpackage 編出來的 libc6-dev_2.17-0ubuntu5_armhf.deb，裡面才有我們所需要的 libc6.a
  dpkg -i ./libc6-dev_2.17-0ubuntu5_armhf.deb 安裝 package

• Native

  native 是利用 apt-get update 取得最新的 libc6-dev

• musl

  musl 係利用 musl-1.0.3 (​http://www.musl-libc.org/releases/musl-1.0.3.tar.gz) 所取得

數據與分析

Baseline vs. Native

最大的差距是 b_malloc_bubble 有 8.51%，第二大是 b_stdio_putcgetc_unlocked 有 3.58%，第三大是 b_pthread_create_serial1 有 2.45%
平均差距為 0.56%，只有千分之五強。

Baseline vs. musl

最大的差距是 b_pthread_uselesslock 有 4.86%，第二大是 b_malloc_big2 有 2.34%，第三大是 b_malloc_big1 有 2.24%
平均差距為 1.04%。

優化方法

修改eglibc部分演算法

實驗環境

比較使用native的libc和改過strstr的eglibc來跑libc-bench的結果。因為只改strstr的結果，故僅挑出string相關的benchmark來做比較。之前實驗取樣 500 次的結果相當穩定，平均標準差百分比都在1%以下，故本實驗只取樣 10 次。

名詞定義

• Native

  native 是利用 apt-get update 取得最新的 libc6-dev

• 工人智慧

  人工修改eglibc部分演算法後的版本

可靠度分析

Native

在誤差方面相當小，實驗的可靠度高

• 最大的差距是 b_string_memset 有 4.34%
• 第二大是 b_string_strchr 有 0.69%
• 第三大是 b_string_strstr(“abcdefghijklmnopqrstuvwxyz”) 有 0.51%
• 平均差距為 0.89%。

工人智慧

在誤差方面相當小，實驗的可靠度高

• 最大的差距是 b_string_strstr(“abcdefghijklmnopqrstuvwxyz”) 有 1.41%
• 第二大是 b_string_strstr(“aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaac”) 有 1.16%
• 第三大是 b_string_strstr(“aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaac”) 有 0.67%
• 平均差距為 0.55%。

優化改善比較

可以看到優化後，有關strstr的都變好，在b_string_strstr(“aaaaaaaaaaaaaacccccccccccc”)的例子中甚至有2倍多的改善， b_string_strstr(“abcdefghijklmnopqrstuvwxyz”)和b_string_strstr(“azbycxdwevfugthsirjqkplomn”)的例子也有1倍多的改善。

觀察到的另一點是，把musl的strstr實做直接搬進eglibc當中所得到的結果，都比本來直接換musl-gcc可以得到更好的改善。

在最長字串的部分，本來直接用musl和直接用baseline的狀況時，musl的表現是比較差的，但是可能是因為eglibc編譯選項有調教過的關係，也有9%的改善。

Linker Optimization Option

• 開啟下列三個 option，看是否可以增強效能
  • –sort-common
  • –sort-sections=alignment
  • –reduce-memory-overheads

實驗結果

• –sort-common 無效，因為 glibc 沒有 common symbols
• –sort-aligment 無效，segment 與 section 順序都沒有改變，alignment 還是亂跳
• –reduce-memory-overheads 有點用，可以觀察到的結果如下
  • header 變小
  • debug 和 string table 變小

Code Size

對造組	實驗組	縮小	Improvement
9017580	9017052	528 bytes	0.005855 %

單位是 byte，在 code size 上有改善，但是改善幅度幾乎看不見