玩转pandaboard之linaro对于Android的编译上的一些优化

之前看ELC2011的video轮播, 其中有Linaro发表的关于android platform的section, 其中说到了linaro对于android做了一些优化,尤其是编译上的. 这里就总结下其中提到的内容及相关概念.

首先,来看一下Linaro对AOSP的具体做了哪些优化:

1. 使用O3代替了O2
   
   
2. 关闭了默认的-fno-strict-aliasing, 新增-fmodulo-sched, -fmodulo-shed-allow-regmores, -Wl -hash-style=gnu -Werror=strict-aliasing
   
   
3. O3时默认开启一下高级选项: -finline-functions, -funcswitch-loops, -fpredictive-commoning, -fgcse-after-reload, -ftree-rectorize, -fipa-cp-clone
   
   
4. 对一些模块开启了-ffast-math
   
   
5. 为Cotex-A8/A9的SoC做了特殊优化
   
   
6. 对于采用Graphite的优化: -fgraphite-identity, -floop-block, -floop-interchange, -floop-strip-mine, -ftree-loop-distribution, -ftree-loop-linear
   
   
7. 对multi-core SoC的OpenMP优化: -ftree-parallelize-loops
   
   
8. 对binutils: -Bsymbolic-functions, -flto, -fwhile-program
   
   
9. 对gcc的优化: -fvisibility-inlines-hidden(优化启动时间), 增加对gcc 4.7的支持
   

接下来, 再看看各个优化措施的内涵:

1. 初识O1, O2, O3
   生成的代码performance: O3 > O2 > O1, 但是O3有可能引入一些性能退化. 同时, O3以效率为先, 可能导致生成的代码规模扩大并耗费更多的编译时间
   对于O3, 开启了vectorizer, NEON unit, Swing Modulo Scheduling (SMS)
   GCC vectoriser: 通过分析代码, 从写可以提高并行性的代码, 并把它们转换为可供NEON执行的格式(embedded GPU编程 ).
   SMS: 识别可能会有高延迟的代码(如,会有一些IO操作, 或者寄存器的交叉引用), 重写为三步曲(pre, median, post), 从而提高并行性, 提高效率
   
   
2. -fmodulo-sched, -fmodulo-shed-allow-regmoves
   是打开SMS之后,与之相对的两个优化. 主要针对一些循环内部的寄存器使用优化及reorder
   
   
3. -Wl -hash-style=gnu
   使用新的GNU Linker优化, 代替老的sysv. 参见http://lwn.net/Articles/192624/. 同时我整理的<拜读大牛Ulrich Drepper大作之How To Write Shared Libraries>就有相关描述.
   提高了动态库的加载速度
   
   
4. -Werror=strict-aliasing
   优化导致的strict-aliasing警告,会作为error报告.
   
   
5. 一些O3默认打开的优化选项
   -finline-functions, 编译器判断是否有些函数可以编译为inline
   -funswitch-loops, 把loop中有的branch通过拆分成多个loop而提炼出来
   -fpredictive-commoning, 优化循环的迭代
   -fgcse-after-reload, 优化reload的次数
   -ftree-vectorize, 优化loop的并行性
   -fipa-cp-clone, 正对有些函数的参数会是constant而做的优化
   ...
   
   
6. -ffast-math
   打开了‘-fno-math-errno’, ‘-funsafe-math-optimizations’, ‘-ffinite-math-only’,‘-fno-rounding-math’, ‘-fno-signaling-nans’ and ‘-fcx-limited-range’.
   在一些不需要符合IEEE or ISO的数学函数时,会生成更快的代码
   在linaro的实现中(截至4.0.3),以下模块打开了-ffast-math的编译选项
   主要是2d/3d处理的相关library: opengl, libpng, x264等external目录下的代码
   
   
7. 开启了对于graphite的相关优化
   关于graphite, 参见http://gcc.gnu.org/wiki/Graphite
   它是gcc的一种内部表示,用以更好表示一些中间信息
   
   
8. 额外的一些针对动态链接的优化
   -Bsymbolic-functions, 通过影响对应的symbolic的visible属性优化gnu ld的动作. 参考http://stackoverflow.com/questions/7216973/is-there-a-downside-to-using-bsymbolic-functions及http://sourceware.org/binutils/docs/ld/Options.html#index-g_t_002dBsymbolic-148
   -fwhile-program, -flto, 参见http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Optimize-Options.html中的相关描述
   -fvisibility-inlines-hidden, 同样是通过影响动态库中的导出表的大小来影响加载的速度. 参见http://gcc.gnu.org/wiki/Visibility
   
   
9. 正对多核的优化
   -ftree-parallelize-loops=n, 使得一些需要CPU过的参与的循环能够在多个CPU中执行.
   
   

其它关于android optimization的资料:

    http://www.linaro.org/linaro-blog/2011/10/10/compiling-with-gcc-o3/
    http://www.linaro.org/linaro-blog/2011/10/25/compiler-flags-used-to-speed-up-linaro-android-2011-10-and-future-optimizations/
    http://free-electrons.com/pub/video/2011/elce/elce-2011-pfeffer-linaro-android-platform-450p.webm, 从19分钟开始
    http://elinux.org/images/0/02/Android_Platform_Optimizations_SNPS_20111027.pdf
    http://elinux.org/images/d/de/ELCE_2011_-_BZ_-_Embedded_Linux_Optimization_Techniques_-_How_Not_to_Be_Slow.pdf

关于GNU 优化的资料:
    Ulrich Drepper, Optimizing Applications with gcc & glibc; Application Optimization on Linux Tutorial Material

    http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Optimize-Options.html