GCC optimization/es

Esta guía ofrece una introducción al código compilado de forma óptima usando CFLAGS y CXXFLAGS seguras y sanas. También describe la teoría detrás de la optimización en general.

¿Qué son CFLAGS y CXXFLAGS?
and  are environment variables that are used to tell the GNU Compiler Collection (GCC) what kinds of switches to use when compiling source code. The  variable is used for compiling code written in C, while the   variable is for code written in C++.

Pueden usarse para disminuir la cantidad de mensajes de depuración de un programa, aumentar los niveles de aviso de errores, y por supuesto, optimizar el código producido. El manualde GCC ofrece una lista completa opciones disponibles y sus aplicaciones.

¿Cómo se utilizan?
CFLAGS and CXXFLAGS can be used in two ways. First, they can be used per-program with Makefiles generated by the automake program.

However, this should not be done when installing packages found in the Portage tree. Instead, for Gentoo-based machines, set the  and   variables in  This way all packages will be compiled using the options specified in {{Path|make.conf}

As seen in the example above the  variable is set to use all the options present in. Most every system should be configured in this manner; additional options for  are extremely rare in common use cases.

Confusiones
While  and   can be very effective means of getting source code to produce smaller and/or faster binaries, they can also impair the function of the code, bloat its size, slow down its execution time. Setting them incorrectly can even cause compilation failures!

are not a magic bullet; they will not automatically make the system run faster or reduce the size of binaries on the disk. Adding too many flags in an attempt to optimize (or "rice") the system is a sure recipe for failure. The point of diminishing returns is reached rather quickly when dealing with.

Despite the boasts and brags found on the internet, aggressive  and   are far more likely to harm binaries than to do any good. Keep in mind the flags are designed to be used at specific places for specific purposes. Few flags work as intended globally.

¿Preparado?
Being aware of the risks involved, take a look at some sane, safe optimizations. These will hold in good stead and will be endearing to developers the next time a problem is reported on Bugzilla. (Developers will usually request the user to recompile a package with minimal  to see if the problem persists. Remember: aggressive flags can ruin code!)

Conceptos básicos
The goal behind  and   is to create code tailor-made to your system; it should function perfectly while being lean and fast, if possible. Sometimes these conditions are mutually exclusive, so this guide will stick to combinations known to work well. Ideally, they are the best available for any CPU architecture. For informational purposes, aggressive flag use will be covered later. No very option listed on the GCC manual (there are hundreds) will be discussed, but basic, most common flags will be reviewed.

-march
The first and most important option is. This tells the compiler what code it should produce for the system's processor architecture (or arch); it tells GCC that it should produce code for a certain kind of CPU. Different CPUs have different capabilities, support different instruction sets, and have different ways of executing code. The  flag will instruct the compiler to produce specific code the system's CPU, with all its capabilities, features, instruction sets, quirks, and so on.

Even though the  variable in  specifies the general architecture used,   should still be used so that programs can be optimized for the system specific processor. x86 and x86-64 CPUs (among others) should make use of the  flag.

What kind of CPU does the system have? To find out, run the following command:

Para obtener más detalles, incluyendo valores  y , utilice:

Now lets see  in action. This example is for an older Pentium III chip:

Aquí hay otro para una CPU AMD de 64 bits:

If the type of CPU is undetermined, or if the user does not know what setting to choose, it is possible use the  setting. When this flag is used, GCC will attempt to detect the processor and automatically set appropriate flags for it. However, this should not be used when intending to compile packages for different CPUs!

If compiling packages on one computer in order to run them on a different computer (such as when using a fast computer to build for an older, slower machine), then do not use. "Native" means that the code produced will run only on that type of CPU. The applications built with  on an AMD Athlon 64 CPU will not be able to run on an old VIA C3 CPU.

Also available are the  and   flags. These flags are normally only used when there is no available  option; certain processor architectures may require   or even. Unfortunately, GCC's behavior isn't very consistent with how each flag behaves from one architecture to the next.

On x86 and x86-64 CPUs,  will generate code specifically for that CPU using its available instruction sets and the correct ABI; it will have no backwards compatibility for older/different CPUs. Consider using  when generating code for older CPUs such as i386 and i486. produces more generic code than ; though it will tune code for a certain CPU, it does not take into account available instruction sets and ABI. Do not use  on x86 or x86-64 systems, as it is deprecated for those arches.

Only non-x86/x86-64 CPUs (such as Sparc, Alpha, and PowerPC) may require  or   instead of. On these architectures,  /   will sometimes behave just like   (on x86/x86-64) but with a different flag name. Again, GCC's behavior and flag naming is not consistent across architectures, so be sure to check the GCC manual to determine which one should be used.

-O
Next up is the  variable. This variable controls the overall level of optimization. Changing this value will make the code compilation take more time and will use much more memory, especially as the level of optimization is increased.

There are seven  settings: ,  ,  ,  ,  ,  , and. Only use one of them in

A excepción de, la configuración de   activa varias opciones adicionales, así que asegúrese de leer el capítulo del manual de gcc enopciones de optimización para aprender qué opciones se activan en cada nivel  , así como algunas explicaciones sobre lo que hacen.

Let us examine each optimization level:


 * : This level (that is the letter "O" followed by a zero) turns off optimization entirely and is the default if no  level is specified in   or  . This reduces compilation time and can improve debugging info, but some applications will not work properly without optimization enabled. This option is not recommended except for debugging purposes.


 * : the most basic optimization level. The compiler will try to produce faster, smaller code without taking much compilation time. It is basic, but it should get the job done all the time.


 * : A step up from . The recommended level of optimization unless the system has special needs.   will activate a few more flags in addition to the ones activated by  . With , the compiler will attempt to increase code performance without compromising on size, and without taking too much compilation time.


 * : the highest level of optimization possible. It enables optimizations that are expensive in terms of compile time and memory usage. Compiling with   is not a guaranteed way to improve performance, and in fact, in many cases, can slow down a system due to larger binaries and increased memory usage.   is also known to break several packages. Using   is not recommended.


 * : optimizes code for size. It activates all  options that do not increase the size of the generated code. It can be useful for machines that have extremely limited disk storage space and/or CPUs with small cache sizes.


 * : En GCC 4.8 aparece un nuevo nivel del optimización general: . Trata de solucionar la necesidad de realizar compilaciones más rápidas y obtener una experiencia superior en la depuración a la vez que ofrece un nivel razonable de rendimiento en la ejecución. La experiencia global en el desarrollo debería ser mejor que para el nivel de optimización  . Observe que   no implica , éste simplemente deshabilita optimizaciones que podrían interferir con la depuración.


 * : Nuevo en GCC 4.7. Consiste en el ajuste  más las opciones ,   y  . Esta opción rompe el cumplimiento de estándares estrictos y no se recomienda su utilización.

As previously mentioned,  is the recommended optimization level. If package compilation fails and while not using, try rebuilding with that option. As a fallback option, try setting the  and   to a lower optimization level, such as   or even   (for error reporting and checking for possible problems).

-pipe
A common flag is. This flag has no effect on the generated code, but it makes the compilation process faster. It tells the compiler to use pipes instead of temporary files during the different stages of compilation, which uses more memory. On systems with low memory, GCC might get killed. In those cases do not use this flag.

-fomit-frame-pointer
This is a very common flag designed to reduce generated code size. It is turned on at all levels of  (except  ) on architectures where doing so does not interfere with debugging (such as x86-64), but it may need to activated. In that case add it to the flags. Though the GCC manual does not specify all architectures, it is turned on by using the  option. Use the  option to explicitly activate it on x86, with GCC up to version 4.6 or when using. However, using this flag will make debugging hard or impossible.

In particular, it makes troubleshooting applications written in Java much harder, though Java is not the only code affected by using this flag. So while the flag can help, it also makes debugging harder; backtraces in particular will be useless. When not doing software debugging and no other debugging-related CFLAGS such as  have been used, then try using.

-msse, -msse2, -msse3, -mmmx, -m3dnow
These flags enable the Streaming SIMD Extentions (SSE), SSE2, SSE3, MMX, and 3DNow! instruction sets for x86 and x86-64 architectures. These are useful primarily in multimedia, gaming, and other floating point-intensive computing tasks, though they also contain several other mathematical enhancements. These instruction sets are found in more modern CPUs.

Normally none of these flags need to be added to, as long as the system is using the correct  (for example,   implies  ). Some notable exceptions are newer VIA and AMD64 CPUs that support instructions not implied by  (such as SSE3). For CPUs like these additional flags will need to be enabled where appropriate after checking.

Sin embargo, ¡Consigo mejor rendimiento con -funroll-loops -fomg-optimize!
No, you only think you do because someone has convinced you that more flags are better. Aggressive flags will only hurt applications when used system-wide. Even the GCC manual says that using  and   will make code larger and run more slowly. Yet for some reason, these two flags, along with,  ,  , and similar flags, continue to be very popular among ricers who want the biggest bragging rights.

La verdad es que son opciones peligrosamente agresivas. Eche un vistazo a los Foros de Gentoo y a Bugzilla para ver que hacen estas variables: ¡Nada bueno!

You do not need to use those flags globally in CFLAGS or CXXFLAGS. They will only hurt performance. They may make you sound like you have a high-performance system running on the bleeding edge, but they don't do anything but bloat the code and get your bugs marked INVALID or WONTFIX.

No necesita opciones peligrosas como estas. '''No las utilice'''. Quédese con las básicas:,   y.

¿Qué pasa con los niveles -O mayores que 3
Algunos usuarios alardean de que obtienen mejor rendimiento usando,   y similares, pero la realidad es que niveles de   mayores que 3 no tienen efecto. El compilador puede aceptar CFLAGS como, pero realmente no hace nada con él. Solo realiza la optimización para, nada más.

¿Necesita más pruebas? Eche un vistazo al código fuente:

Como puede observar, cualquier valor mayor que 3 se trata como.

¿Qué ocurre cuando compilamos fuera de la máquina destino?
Algunos lectores se pueden preguntar si el hecho de compilar fuera de la máquina destino usando una CPU estrictamente inferior o una subarquitectura en GCC generará unos resultados de optimización inferiores. La respuesta es simple: No. Independientemente del hardware en el que realmente se realiza la compilación y el CHOST con el que se construyó GCC, si se utilizan los mismos argumentos (excepto para ) y la misma versión de GCC (aunque la versión menor puede ser distinta), las optimizaciones resultantes son estrictamente las mismas.

Como ejemplo, si Gentoo se instala en una máquina en el que el CHOST de GCC es i686-pc-linux-gnu, y se utiliza un servidor Distcc/es en otro equipo en el que el CHOST de GCC es i486-linux-gnu entonces no hay porqué preocuparse de que los resultados sean menos óptimos ya que la subarquitectura del compilador o el hardware del equipo remoto son estrictamente inferiores. El resultado sería igual de óptimo que una construcción en una máquina nativa siempre que se pasen las mismas opciones a ambos compiladores (y no se defina el argumento  como  ). En este caso en particular se necesita especificar la aquitectura destinotal y como se indica en Distcc y -march=native.

La única diferencia en el comportamiento entre dos versiones de GCC construidas con diferentes subarquitecturas es el valor implícito por defecto para el parámetro  que se deriva del CHOST de GCC cuando no se ha indicado uno de forma explícita en la línea de órdenes.

¿Qué pasa con las opciones redundantes?
A menudo CFLAGS y CXXFLAGS que se han activado en varios niveles de  están especificadas de forma redundante en. A veces esto ocurre por ignorancia, pero también se hace para permitir el filtrado o el reemplazo de opciones.

El filtrado y el reemplazo de opciones se realiza en muchos ebuilds del árbol Portage. Normalmente se realiza debido a que algunos paquetes no compilan con determinados niveles  o cuando el código fuente es tan sensible que no se pueden utilizar opciones adicionales. El ebuild bien filtrará algunas opciones o todas las opciones CFLAGS y CXXFLAGS, bien reemplazará  con un nivel diferente.

El Manual del Desarrollador de Gentoo indica dónde y cómo funciona el filtrado y el reemplazo de opciones.

Es posible evitar el filtrado de  filtrando mediante el listado redundante de opciones para un cierto nivel, como , haciendo cosas como:

Sin embargo, hacer esto no es algo acertado. ¡Las CFLAGS se filtran por alguna razón! Cuando estas opciones se filtran es porque es inseguro construir paquetes con ellos. Claramente, no es seguro compilar su sistema completo con  si alguna de estas opciones está activada para este nivel causará problemas con ciertos paquetes. Por lo tanto, no debería intentar "saber más" que los desarrolladores que mantienen estos paquetes. Confíe en ellos. ¡El filtrado y reemplazo de opciones se hace por su bien!. Si un ebuild especifica opciones alternativas, entonces no intente evitarlas.

No encontrará más que problemas cuando construya un paquete con opciones inaceptables. Cuando informe de sus problemas en Bugzilla, las opciones que usó en serán fácilmente visibles y se le instará a recompilar sin ellas. ¡Protéjase de los problemas de recompilar evitando el uso de opciones redundantes! No asuma automáticamente que sabe más que los desarrolladores.

¿Qué pasa con LDFLAGS?
The Gentoo developers have already set basic, safe LDFLAGS in the base profiles, so they do not need changed.

¿Puedo usar opciones para cada paquete?
Puede encontrarse información acerca de como utilizar las variables de entorno por paquete (incluyendo CFLAGS) en el manual de Gentoo "Variables de entorno por paquete".

Recursos
Los siguientes recursos pueden ser de ayuda para comprender la optimización:


 * La documentación en línea de GCC


 * El capítulo 5 de los manuales de instalación de Gentoo


 * man make.conf


 * Wikipedia


 * Los Foros de Gentoo