Последнее изменение файла: 2007.02.08
Скопировано с www.bog.pp.ru: 2008.04.21

Bog BOS: Компилятор gcc: установка и использование

GCC (Gnu Compilers Collection) позволяет компилировать программы на C (C89), C++ (G++), Objective-C, Ada (GNAT), Fortran, Java (gcj). Имеется не до конца интегрированный препроцессор с Pascal.

Версии GCC

• последняя стабильная версия - 3.2.2 (январь 2003)
• Red Hat Linux 8.0 - 3.2 (сменил на 3.2.2 т.к. обнаружил ошибки)
• RH 7.3 - 2.96-112 (вернулись обратно)
• RH 7.2 - 3.0.2, upgrade - 3.0.4
• egcs - слит с gcc 2.95
• pgcc - последняя версия 2.95.2, разработка остановлена

GCC поддерживает следующие версии C (по умолчанию C89 с расширениями: -std=gnu89):

• "традиционный" (-traditional, K & R)
• ANSI X3.159-1989 (-ansi, -std=c89)
• ISO/IEC 9899:1990 (-std=iso9899:1990), с исправлениями 1994 и 1996 годов
• дополнения 1995 года (-std=iso9899:199409, AMD1, C94, C95, __STDC_VERSION__)
• ISO/IEC 9899:1999 (-std=c99, C99, поддерживается не полностью)
• расширения GNU (-std=gnu89, -std=gnu99 и т.д.)

Сборка gcc 3.2.2 (только C) из gcc-core-3.2.2.tar.bz2 и binutils-2.13.2.tar.bz2:

1. распаковать gcc-3.2.2 (gcc-core-3.2.2) в /worktable
2. распаковать binutils-2.13.2; поддиректории bfd, binutils, etc, gas, gprof, intl, ld, opcodes, texinfo перенести в gcc-3.2.2; поддиректории include и libiberty в binutils новее, чем в gcc, так что надо добавить или заменить их, но аккуратно
3. создать /worktable/gcc-3.2.2-objdir
4. cd /worktable/gcc-3.2.2-objdir
5. /worktable/gcc-3.2.2/configure --program-suffix=-3.2.2 --disable-nls
6. make bootstrap (230 MB)
7. make install
   • /usr/local/lib/gcc-lib/i686-pc-linux-gnu/3.2.2/ (библиотеки, exe и include)
   • /usr/local/bin (множество программ с суффиксом "-3.2.2", в частности gcc-3.2.2)
   • /usr/local/i686-pc-linux-gnu/bin (программы без суффиксов nm, strip, ar, ranlib, as, ld; inode тот же)
   • /usr/local/i686-pc-linux-gnu/lib/ldscripts
   • /usr/local/include (bfd.h, ansidecl.h, symcat.h, bfdlink.h, dis-asm.h)
   • /usr/local/lib/ (libgcc_s.so.1, libgcc_s.so, libiberty.a, libbfd.la, libbfd.a, libopcodes.la, libopcodes.a)
   • /usr/local/man/man1 (документация к программам с суффиксом "-3.2.2" и почему-то cpp и gcov без суффикса)
   • /usr/local/man/man7 (fsf-funding.7, gfdl.7, gpl.7)
   • /usr/local/info (cpp.info*, gcc.info*, cppinternals.info, gccint.info*, bfd.info*, binutils.info*, standards.info, configure.info*, as.info*, gprof.info*, ld.info*)

А вот поставить gcc-3.3 и binutils-2.13.2.1 на RH 7.2 не удалось.

• --help (общие ключи)
• -v --help (ключи всех фаз компиляции: препроцессор, компилятор, ассемблер, сборщик)
• --target-help (выдать список ключей, управляющих генерацией кода: )
• -pipe (использовать канал вместо временных файлов для обмена информацией между фазами)
• -std=стандарт (список см. выше)
• -g (включать отладочную информацию, ключ -g не мешает оптимизации, но порядок команд может удивить)
• -fbounds-check
• -fbounded-pointers
• -fstack-check
• -p (генерировать код для профилирования программой prof)
• -pg (генерировать код для профилирования программой gprof)
• -fprofile-arcs (генерировать код для сбора статистики обхода ветвей - в файлы *.da)
• -E (выполнять только фазу препроцессора)
• -S (выполнять фазы препроцессора и компиляции)
• -S -g (для получения осмысленного ассемблерного текста с номерами строк)
• -c (выполнять фазы препроцессора, компиляции и ассемблера)
• -o имя-выходного-файла
• -save-temps (не удалять временные файлы по завершению компляции)
• -Dмакро=значение

Для компиляции под Intel x86_64 необходимо указывать ключи: -m64 -march=nocona.

Условия измерения: процессор - P4 24x100 MHz; память разогнана; алгоритм - сжимается без потерь 40000 кадров видео (jpeg-ls, T1=3, T2=7, T3=21, RESET=40, Total bytes out: 5002245509 Symbols in: 21903907584 1.827 bps, 4.379 : 1); алгоритм оптимизировался вручную несколькими поколениями разработчиков; размер обрабатываемого файла - ~10 ГБ, так что кеширование файлов невозможно; ввод с диска не является "узким местом", т.к. исходный материал также сжат. Программа не использует плавающую точку, поэтому соответствующие ключи оптимизации не расматривались.

Первым шагом в оптимизации (после того как руками было сделано максимум возможного) является переход на новую версию компилятора (или другой компилятор ;). Например, переход с gcc 3.0 на 3.2 ускорил работу на 5%.

По умолчанию gcc 3.2.2 компилирует со следующими ключами, имеющими отношение к оптимизации (их список можно получить при компиляции с ключами: -S -fverbose-asm), что дает 13007 KSymbols/sec:

• -fargument-alias (аргументы могут ссылаться на одно и то же место или на глобальные переменные)
• -fbranch-count-reg
• -ffunction-cse
• -fgcse
• -fgcse-sm
• -fpcc-struct-return (обеспечивается совместимость с другими компиляторами за счет небольшого уменьшения скорости)
• -fpeephole
• -fsched-interblock
• -fsched-spec
• -mcpu=pentiumpro
• -march=i386

Ключ -march=pentium4 уменьшил скорость.

Ключ -O добавляет оптимизацию (с ключом -fno-guess-branch-probability, 18576 KSymbols/sec):

• -fcprop-registers
• -fdefer-pop
• -fgcse-lm
• -fguess-branch-probability (предсказание делается случайным образом!)
• -fkeep-static-consts
• -fmerge-constants
• -fthread-jumps

Ключ -O2 добавляет оптимизацию (с ключом -fno-guess-branch-probability, 19047 KSymbols/sec):

• -fcaller-saves
• -fcse-follow-jumps
• -fcse-skip-blocks
• -fdelete-null-pointer-checks (может повлиять на логику работы программы)
• -fexpensive-optimizations
• -fforce-mem (иногда лучше убрать)
• -foptimize-register-move (AKA -fregmove)
• -foptimize-sibling-calls
• -fpeephole2
• -freorder-blocks
• -frerun-cse-after-loop
• -frerun-loop-opt
• -fschedule-insns2
• -fstrength-reduce
• -fstrict-aliasing (могут быть проблемы с union)

Ключ -O3 (больше в этой версии не бывает!) добавляет оптимизацию (с ключом -fno-guess-branch-probability, 19442 KSymbols/sec):

• -frename-registers
• -finline (в листинге ключ отсутствует)
• -finline-functions (в листинге ключ отсутствует)

Дополнительные ключи оптимизации:

• -fomit-frame-pointer (проблемы с отладкой, 20152 KSymbols/sec)
• -fforce-addr (замедляет, выкидываем)
• -fsched-spec-load (20206 KSymbols/sec)
• -fsched-spec-load-dangerous (пользы никакой, а название пугает)
• -funroll-loops (20222 KSymbols/sec)
• -funroll-all-loops (замедляет, выкидываем)
• -fmove-all-movables (замедляет, выкидываем)
• -freduce-all-givs (замедляет, выкидываем)
• -falign-functions (пользы никакой)
• -falign-loops (пользы никакой)
• -falign-jumps (пользы никакой)
• -fssa (замедляет, выкидываем)
• -fssa-cpp (требуется -fssa, ошибка компилятора)
• -fssa-dce (требуется -fssa, замедляет, выкидываем)
• --param max-gcse-passes=проходов (8 проходов не увеличили скорость)
• -mno-push-args (пользы никакой)
• -maccumulate-outgoing-args (пользы никакой)
• -minline-all-stringops (замедляет?!, выкидываем)
• -mno-align-stringops (замедляет, выкидываем)
• -mcpu=pentium4 (будет работать на любых x86 процессорах, оптимизирован под P4, 21728 KSymbols/sec)
• -march=pentium4 (будет работать только на P4, 22205 KSymbols/sec)
• -fprefetch-loop-arrays (только для продвинутых архитектур типа pentium4, 22633 KSymbols/sec)
• -fdelayed-branch (неприменим для x86)
• -mmmx (пользы никакой)
• -msse (включает mmx, пользы никакой)
• -msse2 (включает mmx и sse, пользы никакой)
• -m3dnow
• -ffast-math (включает -funsafe-math-optimizations)
• -DNDEBUG (отключает компиляцию assert)
• -DG_DISABLE_ASSERT (отключает компиляцию assert для gnome и gtk)
• -momit-leaf-frame-pointer (более мягкий метод, чем -fomit-frame-pointer)
• -finline-limit=

Уменьшение размера рабочего массива на 100 КБ, чтобы освободить место в кеше (специально зарезервировал поначалу с избытком, чтобы было что уменьшать ;) не дало результата в отличие от Pentium III с его маленьким кешем.

Для использования статистики предсказания переходов необходимо предварительно скомпилировать программу с ключом -fprofile-arcs, затем выполнить программу для сбора статистики вероятностей переходов (результаты помещаются в файлы с суффиксами .da в исходной директории, бинарный формат). Затем надо заново скомпилировать с программу с теми же самыми ключами компиляции, только заменив ключ -fprofile-arcs на -fbranch-probabilities. Следует заметить, что оптимальный результат (22937 KSymbols/sec) будет достигаться только при выполнении программы с теми же самыми ключами и с теми же исходными данными. На Pentium III выигрыш был больше.

Встроенные векторные команды (MMX, SSE, SSE2, 3DNOW!):

• Vector Extensions
• X86 Built-in Functions

• Сайт разработчиков GCC
• Документация по использованию 3.2.2 (PS)