musl libc的支持

本章介绍使用musl libc构建openEuler Embedded。

musl libc的介绍

musl libc是构建在Linux系统调用API之上的C标准库的实现，是一个轻量级libc库，用于嵌入式操作系统和移动设备。它包括在基本语言标准、POSIX和广泛认可的扩展中定义的接口。

meta-musl层介绍

meta-musl 层包含所有涉及musl libc的软件包的补丁，该层以叠加 *.bbappend 的形式，把musl libc相关修改到对应软件包上。对于后续软件包的适配可直接在meta-musl层中进行修改，更加利于后期管理和维护。

meta-musl 层目录结构如下

tree -L 3  .
.
├── conf
│   └── layer.conf
├── recipes-connectivity
│   ├── iproute2
│   │   ├── iproute2
│   │   └── iproute2_%.bbappend
├── recipes-core
│   ├── dsoftbus
│   │   ├── dsoftbus
│   │   └── dsoftbus_%.bbappend
├── ......
├── ......
└── ......

构建环境

构建环境推荐：master

构建环境指导：详见 基于 oebuild 快速构建

编译器构建指导：musl交叉工具链的生成可 参考编译器构建指导

qemu镜像的构建

1.构建环境示例

参考 基于 oebuild 快速构建 初始化容器环境，生成配置文件时使用如下命令

oebuild generate -p aarch64-std -t /path/to/aarch64-openeuler-linux-musl -f musl

Attention

当前在容器里是没有musl-arm64的工具链，需要按照上面工具链的生成指导生成

2.构建命令

键入 oebuild bitbake 进入容器环境后，执行下面命令即可编译镜像

bitbake openeuler-image

3.构建镜像生成目录示例

结果件默认生成在构建目录下的output目录下：

/usr1/build/ouput

镜像运行 QEMU参考运行指导

树莓派镜像的构建

1.构建命令示例

oebuild generate -p raspberrypi4-64 -t /path/to/aarch64-openeuler-linux-musl -f musl

oebuild bitbake

bitbake openeuler-image

2.构建镜像生成目录

结果件默认生成在构建目录下的output目录下：

/usr1/build/ouput

镜像运行 树莓派参考运行指导

clang+llvm构建镜像

  1. 构建环境

    Attention

    当前在容器中没有集成musl相关的工具链，所以需要先把基于musl编译的arm64架构GCC库拷贝至编译器目录

    sudo cp /path/to/aarch64-openeuler-linux-musl/* /path/to/clang-llvm-15.0.3

    参考 基于 oebuild 快速构建 初始化容器环境，生成配置文件时使用如下命令

    oebuild generate -p platform -d build_direction -t /path/to/clang-llvm-15.0.3 -f clang -f musl

    Attention

    当前只支持arm64架构，支持的平台：aarch64-std、raspberrypi4-64

  2. 构建命令

    bitbake openeuler-image-llvm

  3. SDK生成

    bitbake openeuler-image-llvm -c populate_sdk

musl与glibc性能对比测试

性能测试平台采用了主频为600Mhz的树莓派4B，测试集采用了libc-bench、coremark、lmbench、unixbench，以下为测试集简介：

测试集

简介

libc-bench

musl 官方提供的测试集，用于时间和内存效率的测试，该测试集中比较了各种C/POSIX标准库函数的实现。

coremark

CoreMark是由EEMBC提出的基准测试程序， 是评测嵌入式芯片性能的最常用测试程序之一。

lmbench

lmbench 是个用于评价系统综合性能的多平台开源 benchmark，能够测试包括文档读写、 内存操作、进程创建销毁开销、网络等性能。

unixbench

unixbench是一个用于测试unix系统性能的工具。

libc-bench性能测试

1.执行时间测试

测试项

glibc执行时间(s)

musl执行时间(s)

性能比

b_malloc_sparse

0.133191926

0.155694333

-14%

b_malloc_bubble

0.132751351

0.160789685

-17%

b_malloc_tiny1

0.004129741

0.006242797

-34%

b_malloc_tiny2

0.003741592

0.004415814

-15%

b_malloc_big1

0.030093408

0.085103333

-65%

b_malloc_big2

0.026437222

0.059723722

-56%

b_malloc_thread_stress

0.057703185

0.191215629

-70%

b_malloc_thread_local

0.040528055

0.1589995

-75%

b_string_strstr(abcd)

0.022583204

0.033620482

-33%

b_string_strstr(azby)

0.022762333

0.052186926

-56%

b_string_strstr(ac)

0.023064741

0.034024092

-32%

b_string_strstr(aaac)

0.02253924

0.034291277

-34%

b_string_strstr(aaaaac)

0.024667129

0.038916833

-37%

b_string_memset

0.021160371

0.016245278

30%

b_string_strchr

0.028452092

0.044776333

-36%

b_string_strlen

0.01696987

0.025606074

-34%

b_pthread_createjoin_serial1

0.546294574

0.589207315

-7%

b_pthread_createjoin_serial2

0.518631648

0.443272055

17%

b_pthread_create_serial1

0.452602518

0.405491611

12%

b_pthread_uselesslock

0.167918796

0.151241092

11%

b_stdio_putcgetc

0.269504648

0.296806204

-9%

b_pthread_createjoin_minimal1

0.526583

0.565946184

-7%

b_pthread_createjoin_minimal2

0.455035314

0.490921982

-7%

备注 ：性能比由 glibc执行时间/musl执行时间-1 计算得到。

2.内存占用测试

  • 虚拟内存占用测试

测试项

glibc(KB)

musl(KB)

glibc_virt/musl_virt

b_malloc_sparse

38992

8480

4.60

b_malloc_bubble

39364

156

252.33

b_malloc_tiny1

688

32

21.50

b_malloc_tiny2

688

628

1.10

b_malloc_big1

160

24

6.67

b_malloc_big2

80192

87404

0.92

b_malloc_thread_stress

16808

52

323.23

b_malloc_thread_local

16808

80

210.10

b_string_strstr(abc)

160

16

10.00

b_string_strstr(azby)

160

16

10.00

b_string_strstr(ac)

160

16

10.00

b_string_strstr(aaac)

160

16

10.00

b_string_strstr(aaaaac)

160

16

10.00

b_string_memset

160

16

10.00

b_string_strchr

160

16

10.00

b_string_strlen

160

16

10.00

b_pthread_createjoin_serial1

8352

16

522.00

b_pthread_createjoin_serial2

32928

16

2058.00

b_pthread_create_serial1

20480820

50016

409.49

b_pthread_uselesslock

8352

16

522.00

b_stdio_putcgetc

160

16

10.00

b_stdio_putcgetc_unlocked

160

16

10.00

b_regex_compile

160

40

4.00

b_regex_search

160

16

10.00

b_regex_search

160

16

10.00

b_pthread_createjoin_minimal1

8352

16

522.00

b_pthread_createjoin_minimal2

41120

16

2570.00

  • 物理内存占用测试

测试项

glibc(KB)

musl(KB)

glibc_res/musl_res

b_malloc_sparse

38980

8480

4.60

b_malloc_bubble

39240

92

426.52

b_malloc_tiny1

568

32

17.75

b_malloc_tiny2

568

604

0.94

b_malloc_big1

32

24

1.33

b_malloc_big2

8044

16072

0.50

b_malloc_thread_stress

164

52

3.15

b_malloc_thread_local

184

80

2.30

b_string_strstr(abc)

20

16

1.25

b_string_strstr(azby)

20

16

1.25

b_string_strstr(ac)

20

16

1.25

b_string_strstr(aaac)

20

16

1.25

b_string_strstr(aaaaac)

20

16

1.25

b_string_memset

20

16

1.25

b_string_strchr

20

16

1.25

b_string_strlen

20

16

1.25

b_pthread_createjoin_serial1

28

16

1.75

b_pthread_createjoin_serial2

68

16

4.25

b_pthread_create_serial1

20724

10016

2.07

b_pthread_uselesslock

28

16

1.75

b_stdio_putcgetc

24

16

1.50

b_stdio_putcgetc_unlocked

24

16

1.50

b_regex_compile

32

28

1.14

b_regex_search

32

16

2.00

b_regex_search

84

16

5.25

b_pthread_createjoin_minimal1

28

16

1.75

b_pthread_createjoin_minimal2

76

16

4.75

  • 系统可回收内存测试

测试项

glibc(KB)

musl(KB)

glibc_dirty/musl_dirty

b_malloc_sparse

38976

8480

4.60

b_malloc_bubble

39236

92

426.48

b_malloc_tiny1

564

32

17.63

b_malloc_tiny2

564

604

0.93

b_malloc_big1

28

24

1.17

b_malloc_big2

8040

13052

0.62

b_malloc_thread_stress

160

52

3.08

b_malloc_thread_local

180

80

2.25

b_string_strstr(abc)

16

16

1.00

b_string_strstr(azby)

16

16

1.00

b_string_strstr(ac)

16

16

1.00

b_string_strstr(aaac)

16

16

1.00

b_string_strstr(aaaaac)

16

16

1.00

b_string_memset

16

16

1.00

b_string_strchr

16

16

1.00

b_string_strlen

16

16

1.00

b_pthread_createjoin_serial1

24

16

1.50

b_pthread_createjoin_serial2

64

16

4.00

b_pthread_create_serial1

20720

10016

2.07

b_pthread_uselesslock

24

16

1.50

b_stdio_putcgetc

20

16

1.25

b_stdio_putcgetc_unlocked

20

16

1.25

b_regex_compile

28

28

1.00

b_regex_search

28

16

1.75

b_regex_search

80

16

5.00

b_pthread_createjoin_minimal1

24

16

1.50

b_pthread_createjoin_minimal2

72

16

4.50

coremark性能测试

1.单线程测试

  • glibc测试结果

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 12256
Total time (secs): 12.256000
Iterations/Sec   : 3263.707572
Iterations       : 40000
Compiler version : GCC10.3.1
Compiler flags   : -O2 -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt
Memory location  : Please put data memory location here
              (e.g. code in flash, data on heap etc)
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x25b5
Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 3263.707572 / GCC10.3.1 -O2 -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt / Heap

  • musl测试结果

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 12333
Total time (secs): 12.333000
Iterations/Sec   : 3243.330901
Iterations       : 40000
Compiler version : GCC10.3.1
Compiler flags   : -O2 -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt
Memory location  : Please put data memory location here
              (e.g. code in flash, data on heap etc)
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x25b5
Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 3243.330901 / GCC10.3.1 -O2 -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt / Heap

综上，得到glibc得分为 5.45 Coremark/Mhz ，musl得分为 5.41 Coremark/Mhz 。

2.多线程测试

  • glibc测试结果

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 12284
Total time (secs): 12.284000
Iterations/Sec   : 13025.073266
Iterations       : 160000
Compiler version : GCC10.3.1
Compiler flags   : -O2 -DMULTITHREAD=4 -DUSE_PTHREAD -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt
Parallel PThreads : 4
Memory location  : Please put data memory location here
              (e.g. code in flash, data on heap etc)
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[1]crclist       : 0xe714
[2]crclist       : 0xe714
[3]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[1]crcmatrix     : 0x1fd7
[2]crcmatrix     : 0x1fd7
[3]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[1]crcstate      : 0x8e3a
[2]crcstate      : 0x8e3a
[3]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x25b5
[1]crcfinal      : 0x25b5
[2]crcfinal      : 0x25b5
[3]crcfinal      : 0x25b5
Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 13025.073266 / GCC10.3.1 -O2 -DMULTITHREAD=4 -DUSE_PTHREAD -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt / Heap / 4:PThreads

  • musl测试结果

2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total ticks      : 12281
Total time (secs): 12.281000
Iterations/Sec   : 13028.255028
Iterations       : 160000
Compiler version : GCC10.3.1
Compiler flags   : -O2 -DMULTITHREAD=4 -DUSE_PTHREAD -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt
Parallel PThreads : 4
Memory location  : Please put data memory location here
              (e.g. code in flash, data on heap etc)
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[1]crclist       : 0xe714
[2]crclist       : 0xe714
[3]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[1]crcmatrix     : 0x1fd7
[2]crcmatrix     : 0x1fd7
[3]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[1]crcstate      : 0x8e3a
[2]crcstate      : 0x8e3a
[3]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x25b5
[1]crcfinal      : 0x25b5
[2]crcfinal      : 0x25b5
[3]crcfinal      : 0x25b5
Correct operation validated. See README.md for run and reporting rules.
CoreMark 1.0 : 13028.255028 / GCC10.3.1 -O2 -DMULTITHREAD=4 -DUSE_PTHREAD -DPERFORMANCE_RUN=1  -lrt / Heap / 4:PThreads

综上，得到glibc得分为 21.74 Coremark/Mhz ，musl得分为 21.75 Coremark/Mhz 。

lmbench OS性能测试

1.处理器进程操作时间(微秒)

测试项

glibc

musl

性能差异

null call

4.19

4.36

-3.90%

null I/O

4.43

4.48

-1.12%

stat

12.8

13.1

-2.29%

open clos

29.6

29.3

1.02%

slct TCP

19.3

19.4

-0.52%

sig inst

6.2

6.6

-6.06%

sig hndl

24.8

24.4

1.64%

fork proc

645

488

32.17%

exec proc

765

580

31.90%

sh proc

4899

2212

121.47%

2.上下文切换时间(微秒)

测试项

glibc

musl

性能差异

2p/0K ctxsw

24.9

23.3

6.87%

2p/16K ctxsw

23.8

24.2

-1.65%

2p/64K ctxsw

24.2

20.7

16.91%

8p/16K ctxsw

28.3

24.3

16.46%

8p/64K ctxsw

27.6

26.6

3.76%

16p/16K ctxsw

28.2

26.6

6.02%

16p/64K ctxsw

37.9

36

5.28%

3.本地管道通信延迟(微秒)

测试项

glibc

musl

性能差异

Pipe

84.3

81.2

3.82%

AF UNIX

81.9

71.7

14.23%

UDP

144.6

133.7

8.15%

TCP

199.1

196.1

1.53%

TCP conn

556

556

0.00%

4.文件延迟(微秒)

测试项

glibc

musl

性能差异

0K File Create

52.4

52.6

-0.38%

0K File Delete

37.1

37.5

-1.07%

10K File Create

106.5

104.1

2.31%

10K File Delete

59.8

60.7

-1.48%

Mmap Latency

21.8K

21.8K

0.00%

Prot Fault

3.325

3.342

-0.51%

Page Fault

1.7151

1.7067

0.49%

100fd selct

10.5

10.6

-0.94%

5.本地通信带宽(MB/s)

测试项

glibc

musl

性能差异

Pipe

303

306

0.99%

AF UNIX

592

746

26.01%

TCP

373

425

13.94%

File reread

1028.7

1020.9

-0.76%

Mmap reread

2837.4

2837.6

0.01%

Bcopy (libc)

1637.4

1639.8

0.15%

Bcopy(hand)

1613

1635.1

1.37%

Mem read

2128

2124

-0.19%

Mem write

1681

1680

-0.06%

unixbench性能测试

测试项

musl

glibc

基准线

musl对比基准线

glibc对比基准线

Dhrystone 2 using register variables

4981154.2 lps

6244531.8 lps

116700.0 lps

426.8

535.1

Double-Precision Whetstone

1059.1 MWIPS

1062.0 MWIPS

55.0 MWIPS

192.6

193.1

Execl Throughput

1215.8 lps

653.9 lps

43.0 lps

282.7

152.1

File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks

62370.8 KBps

59823.5 KBps

3960.0 KBps

157.5

151.1

File Copy 256 bufsize 500 maxblocks

17242.5 KBps

16201.4 KBps

1655.0 KBps

104.2

97.9

File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks

195350.9 KBps

191638.2 KBps

5800.0 KBps

336.8

330.4

Pipe Throughput

58289.1 lps

58878.8 lps

12440.0 lps

46.9

47.3

Pipe-based Context Switching

12190.6 lps

12742.8 lps

4000.0 lps

30.5

31.9

Process Creation

1596.9 lps

1209.4 lps

126.0 lps

126.7

96

Shell Scripts (1 concurrent)

1894.0 lpm

1516.3 lpm

42.4 lpm

446.7

357.6

Shell Scripts (8 concurrent)

594.4 lpm

478.0 lpm

6.0 lpm

990.6

796.7

System Call Overhead

46124.2 lps

46279.8 lps

15000.0 lpm

30.7

30.9

综上，基于glibc的树莓派系统跑分结果为 146.5 ，基于muslc的树莓派系统跑分结果为 161.6 。