Power服務(wù)器版Linux系統(tǒng)所需工具介紹
64 位 POWER 體系結(jié)構(gòu)是公認(rèn)的高性能、可靠而且有用的企業(yè)平臺(tái)，它為 UNIX 和 Linux 應(yīng)用程序開發(fā)者提供了新的選擇。不管是誰，只要有在其他平臺(tái)上使用 AIX 或者 Linux 的經(jīng)驗(yàn)，就可以受益于與世界頂尖的 IBM 硬件 POWER 相結(jié)合的開放源代碼社區(qū)強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。
從價(jià)格適中的 2- 路服務(wù)器到垂直擴(kuò)展的超級計(jì)算機(jī)再到世界頂級的 JS20 BladeCenter，基于 POWER 的機(jī)器具備所有的大小和等級，始終領(lǐng)先于人們對企業(yè)級硬件的預(yù)期。與動(dòng)態(tài)邏輯分區(qū)（Dynamic Logical Partitioning）等創(chuàng)新配置一道，Linux 或 AIX 的可用為應(yīng)用程序開發(fā)和部署提供了一個(gè)獨(dú)特的依賴于 POWER 體系結(jié)構(gòu)性能的平臺(tái)。本文把為您提供構(gòu)造大部分代碼和 POWER 平臺(tái)所需要的工具和知識。
Linux 發(fā)行版本
可選范圍廣是 Linux 社區(qū)為人們所津津樂道的一個(gè)強(qiáng)大之處。POWER 版 Linux 主要由 Red Hat Linux 和 SUSE Linux 這兩家企業(yè) Linux 廠商提供。這兩種 Linux 發(fā)行版本各成體系，各有所長，都提供了 Linux 開發(fā)者所期望的完整的工具鏈、庫以及開發(fā)工具。本文分別進(jìn)行了評論。
注意，TurboLinux 也得到了支持。TurboLinux Enterprise Server8 使用的是來自 SUSE Linux 的許可代碼，所以在下面的論述中，那些適用于 SUSE 的特性同樣適用于 TurboLinux。
Red Hat Enterprise Linux 3 (RHEL3)
Red Hat 成功地充當(dāng)了開放源代碼社區(qū)的領(lǐng)導(dǎo)者和先驅(qū)者。2003 年 Red Hat Linux 發(fā)布了可用于 POWER 體系結(jié)構(gòu)的企業(yè)版，并帶來了先進(jìn)的 Linux 技術(shù)。
內(nèi)核
RHEL3 的 2.4.21 Linux 內(nèi)核為 POWER 體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。甚至在 Linux 2.6 發(fā)布之前，Red Hat 已經(jīng)在他們的 Linux 2.4 內(nèi)核中移植（backport）了一些 2.6 的特性。
其中，最引人注目的是 Native Posix Threads for Linux（NPTL）庫。先前的線程模型，即 Linux Thread，是傳統(tǒng)的 1:1 線程模型，與 Linux 2.4 調(diào)度器配合使用，一段時(shí)間以來這個(gè)模型就是被革新的目標(biāo)。在 RHEL3 中，Red Hat 把新的線程模型從 2.5 的開發(fā)樹中移植到了 2.4 內(nèi)核，從而使得可擴(kuò)展性更好，多線程更快，最明顯的是從根本上提高了 Java 性能。
不同于一些商用 UNIX 操作系統(tǒng)中所用的 m:n 線程，NPTL 仍是 1:1 模型，但是現(xiàn)在沒有人懷疑它的性能。新的線程模型在陳舊的 450 Mhz Intel 處理器上有能力在兩秒鐘內(nèi)生成和銷毀 100,000 個(gè)線程，因而可以提供企業(yè)級 Linux 等所需的性能。Java 應(yīng)用程序的執(zhí)行速度通常會(huì)比使用舊的 Linux 線程模型時(shí)快八倍。
前沿開發(fā)的結(jié)合并不僅限于內(nèi)核線程模型。RHEL3 中還包括一個(gè)新的改進(jìn)的 glibc，版本為 2.3.1。出于 NPTL 線程性能方面的需要，glibc 2.3.1 還為 Linux 應(yīng)用程序引入了效率更高的庫。
SUSE SLES8
SUSE SLES8 是兩種企業(yè)版 Linux 中資格較老的一個(gè)，已經(jīng)到了它的生命周期的末期。SLES 8 的特色是定期更新的 2.4 內(nèi)核（SUSE 已經(jīng)為 SLES8 用戶發(fā)布了三個(gè)服務(wù)包，以確?？梢允褂醚a(bǔ)充更新的系統(tǒng)安全和性能），它提供所有類別的選項(xiàng)。有三種帶日志的文件系統(tǒng)可供選擇。默認(rèn)情況下，在 SLES8 中可以使用所有常見的數(shù)據(jù)庫、Web 服務(wù)器和郵件服務(wù)器應(yīng)用程序以及最新發(fā)布的 KDE 和 Gnome 桌面環(huán)境。SLES8 中當(dāng)前可用的 2.4.21 內(nèi)核為實(shí)時(shí)地執(zhí)行 32 位和 64 位的應(yīng)用程序提供了一個(gè) 64 位的基礎(chǔ)。
即把發(fā)布的 SLES9 現(xiàn)在還在測試中，SUSE 的最后一項(xiàng)任務(wù)是融合新的 GCC、glibc 和 Linux 2.6 內(nèi)核。發(fā)布后，SLES 9 把提供第一個(gè)可用于 IBM eServer? iSeries? 和 pSeries? 服務(wù)器的 Linux 2.6 內(nèi)核。 [#page_#][#page_#]
使用哪個(gè)發(fā)行版本？
由于 RHEL 3 和 SLES8 所提供的線程模型不同，所以當(dāng)然不能認(rèn)為會(huì)有完全的二進(jìn)制兼容性。好消息是，開發(fā)者幾乎總會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同的 Linux 發(fā)行版本中代碼編譯是一致的，POWER 版 Linux 也不例外。
不過，在部署時(shí)，一些應(yīng)用程序?qū)唧w的發(fā)行版本更為敏感。例如，SLES8 上默認(rèn)使用的 Reiser 文件系統(tǒng)以高性能地處理小文件而聞名。主要對小于 1 KB 的文件進(jìn)行讀寫訪問的應(yīng)用程序適合使用這種文件系統(tǒng)，這樣的程序最好運(yùn)行在 SLES8 上，而運(yùn)行 Java 線程的應(yīng)用程序把受益于 NPTL 的 RHEL3 實(shí)現(xiàn)。
開放源代碼模型的優(yōu)點(diǎn)在于它的靈活性，POWER 版 Linux 也是靈活的。也就是說，開發(fā)者把可以找到關(guān)于在 RHEL3 和 SLES8 上進(jìn)行開發(fā)的通用參考資料。編譯器、IBM Java Developer’s Kit ，以及像流行的集成開發(fā)環(huán)境 Eclipse 這樣的開發(fā)工具，都是這兩種發(fā)行版本中自由可用的工具的例子。
編譯器和庫
POWER 版 Linux 是兩個(gè)方面的結(jié)合：最好的開放源代碼開發(fā)和企業(yè)級的硬件。最好是提供 C、C++ 和 Fortran 編譯器的一個(gè)選擇以反映這一結(jié)合。
GNU Compiler Collection (GCC)
GNU GCC 是用于所有體系結(jié)構(gòu)的 Linux 中應(yīng)用最廣泛的編譯器，Red Hat 和 SUSE 都使用此編譯器來編譯隨它們的產(chǎn)品發(fā)布的二進(jìn)制文件（可執(zhí)行文件）。由于 GCC 3.2 可以生成 32 位的和 64 位的二進(jìn)制文件，所以 RHEL3 和 SLES8 中都提供了 GCC 3.2。RHEL3 實(shí)現(xiàn)利用了一個(gè)“biarch”風(fēng)格的雙編譯器，使用一個(gè)編譯器標(biāo)記（-m64）來進(jìn)行 64 位編譯。
與之不同，SLES8 使用單獨(dú)的 64 位 GCC 的工具鏈，這個(gè)工具鏈默認(rèn)存儲(chǔ)在 /opt/cross 中。為了在 SLES8 中可以使用 64 位編譯器，開發(fā)者應(yīng)該確保他們的配置腳本和 Makefile 文件可以識別出這個(gè)編譯器。您可以通過把 CC 環(huán)境變量設(shè)置為 64 位 GCC 編譯器的位置來完成這一任務(wù)。
當(dāng)前，人們正在對 GNU 編譯器集進(jìn)行重大革新，為 POWER 體系結(jié)構(gòu)而進(jìn)行性能優(yōu)化。在即把發(fā)行的 3.3 和 3.4 中，GCC 的調(diào)度和信號處理把得到改進(jìn)。另外，針對特定體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化（比如對 IBM JS20 BladeCenter 中 PPC970 芯片的 VMX/Altivec 支持）把為編譯后的代碼帶來極大的性能優(yōu)勢。不過，SLES8 和 RHEL3 現(xiàn)在使用的都是 GCC 3.2 版本，在這里評述了對這些版本性能的優(yōu)化。
GCC 3.2 沒有為 POWER 處理器進(jìn)行針對特定體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。所以，編譯時(shí)不建議使用針對特定體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)記，比如 -mpower。可以使用這些選項(xiàng)，但通常不會(huì)帶來性能上的提高。與 x86 上的 GCC 實(shí)現(xiàn)不同，GCC 3.2 中沒有包括 -fPIC 標(biāo)記。為生成動(dòng)態(tài)鏈接的二進(jìn)制文件，需要在所有的 Makefile 文件中包含 -fPIC。如果您正從 Intel 上的 Linux 移植代碼庫（codebase），這尤其關(guān)鍵，因?yàn)橐延械?Makefile 文件可能沒有顯式地使用這個(gè)標(biāo)記。
除了要識別出那些沒有被當(dāng)前用于 POWER 體系結(jié)構(gòu)的 GCC 所使用的標(biāo)記之外，您應(yīng)該知道那些對 x86 和 POWER 體系結(jié)構(gòu)來說可用的標(biāo)記。這些標(biāo)記包括處理重定位、目錄（table of contents）大小、浮點(diǎn)選項(xiàng)、位調(diào)整等等的編譯標(biāo)記。例如，大 TOC 支持（多于 8K 個(gè)條目）需要多個(gè) TOC，由 -mminimal-toc 編譯標(biāo)記指定。要回顧這些標(biāo)記，請閱讀源代碼包中的標(biāo)準(zhǔn) GCC 文檔。 [#page_#]
IBM VisualAge 編譯器集
除了 GCC 以外，IBM 還發(fā)布了高性能 VisualAge 編譯器集，這個(gè)編譯器集既可以用于 RHEL3，也可以用于 SLES8。這些用于 C、C++ 和 Fortran 的編譯器把性能優(yōu)化技術(shù)發(fā)揮到了極致；它們被精心地定制，以全面地利用 POWER 體系結(jié)構(gòu)。高性能計(jì)算（High Performance Computing）開發(fā)者通常會(huì)發(fā)現(xiàn)，只要使用這些編譯器來重新編譯他們的代碼，性能就會(huì)提高 30% 以上!
使用 VisualAge 進(jìn)行優(yōu)化很簡單，只需預(yù)先設(shè)定優(yōu)化級別，這些級別對應(yīng)使用不同種類的算法。通常，使用簡單的 -O3 -qtune=auto 和 -qarch=auto 會(huì)帶來最為顯著的性能提高。第三級優(yōu)化把自動(dòng)識別出芯片類型并進(jìn)行芯片（但不是體系結(jié)構(gòu)）無關(guān)的優(yōu)化。進(jìn)一步使用 -O4 優(yōu)化標(biāo)記可以獲得更高的性能，但付出的代價(jià)是針對特定芯片的優(yōu)化、程序間分析以及高階轉(zhuǎn)換例程。高性能代碼應(yīng)該首先以 -O3 優(yōu)化，然后再嘗試 -O4。雖然 -O4 可能會(huì)提高性能，但是它對代碼結(jié)構(gòu)更為挑剔，而且 POWER 系列微處理器系列上的二進(jìn)制兼容性更為受限。
為避免出現(xiàn)庫不兼容的不愉快情形，POWER 版 Linux 中的 VisualAge 編譯器設(shè)計(jì)為分別去使用每個(gè)發(fā)行版本包中所帶的 glibc，而且它們甚至使用本地 Linux 鏈接器?？释阅艿膽?yīng)用程序顯然需要 POWER 版 Linux 的這一獨(dú)特功能。
有大量的關(guān)于用于 POWER 版 Linux 中的 GCC 和 VisualAge 編譯器集編譯期優(yōu)化的文檔。在 參考資料 中列出了所有 POWER 版 Linux 開發(fā)者都應(yīng)該放在桌面上的可免費(fèi)獲得的技術(shù)資料。
IBM JDK 1.4.1
IBM 已經(jīng)把開發(fā)資源加入到對定制的 JDK 的改進(jìn)中，可用于 POWER 版 Linux 的 JDK 既有 32 位的也有 64 位的。BHEL3 和 SLES8 的安裝包中都有 IBM JDK 1.4.1，可以與 POWER 版 Linux 的 Eclipse 集成開發(fā)環(huán)境配合使用。
開發(fā)工具
很多 Linux 開發(fā)者樂于使用傳統(tǒng)的開發(fā)工具，比如 vi 或 Emacs。自然，這些以及 gdb 等 Linux 中常見的內(nèi)核級調(diào)試工具都是可用的。不過，除了這些工具以外，POWER 版 Linux 的特色是支持 Eclipse IDE 等開發(fā)工具。VisualAge 編譯器有詳細(xì)的代碼分析選項(xiàng)來確定源代碼中的字符排列順序（endianness）以及 64 位兼容性，并且，舒適的 KDE 和 Gnome 桌面環(huán)境讓那些習(xí)慣于圖形界面的開發(fā)者非常自如。高性能計(jì)算（HPC）以及生命科學(xué)（Life Science）開發(fā)者把受益于可用的通用應(yīng)用程序，例如 NCBI 應(yīng)用程序。IBM 的高級數(shù)學(xué)和科學(xué)庫 ESSL 和 P/ESSL 也可以用來輔助 POWER 版 Linux 上的高性能應(yīng)用程序。
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