optimization.txt

   1 AUTHOR:         Jim Gifford <lfs-hints at jg555.com>
   2                 Originally by Gerard Beekmans < gerard at linuxfromscratch.org >
   3                 Originally by Thomas -Balu-Walter < tw at itreff.de >
   4                 Originally by Eric Olinger <eric at supertux.com> optimization2.txt
   5
   6 DATE:           2003-10-30
   7
   8 LICENSE:        GNU Free Documentation License Version 1.2
   9
  10 SYNOPSIS:       Compiler-optimization
  11
  12 DESCRIPTION:    This hint will act as a guide on how-to or not-to use
  13                 compiler optimization routines.
  14
  15 PREREQUISITES:  None
  16
  17 HINT:
  18
  19 The origin of this text is the 2.4.3-version of the book - Chapter 6. I
  20 modified it a little to create this hint.
  21
  22 Most programs and libraries by default are compiled with optimizing level 2
  23 (gcc options -g and -O2) and are compiled for a specific CPU. On Intel
  24 platforms software is compiled for i386 processors by default. If you don't
  25 wish to run software on other machines other than your own, you might want to
  26 change the default compiler options so that they will be compiled with a higher
  27 optimization level, and generate code for your specific architecture.
  28
  29 There are a few ways to change the default compiler options. One way is to edit
  30 every Makefile file you can find in a package, look for the CFLAGS and CXXFLAGS
  31 variables (a well designed package uses the CFLAGS variable to define gcc
  32 compiler options and CXXFLAGS to define g++ compiler options) and change their
  33 values. Packages like binutils, gcc, glibc and others have a lot of Makefile
  34 files in a lot of subdirectories so this would take a lot of time to do.
  35 Instead there's an easier way to do things: create the CFLAGS and CXXFLAGS
  36 environment variables. Most configure scripts read the CFLAGS and CXXFLAGS
  37 variables and use them in the Makefile files. A few packages don't follow this
  38 convention and those package require manual editing.
  39
  40 To set those variables you can do the following commands in bash (or in your
  41 .bashrc if you want them to be there all the time):
  42
  43     export CFLAGS="-O3 -march=<architecture>" &&
  44     CXXFLAGS=$CFLAGS
  45
  46 This is a minimal set of optimizations that ensures it works on almost all
  47 platforms. The option march will compile the binaries with specific
  48 instructions for that CPU you have specified. This means you can't copy this
  49 binary to a lower class CPU and execute it. It will either work very unreliable
  50 or not at all (it will give errors like "Illegal Instruction, core dumped").
  51 You'll have to read the GCC Info page to find more possible optimization flags.
  52 In the above environment variable you have to replace <architecture> with the
  53 appropriate CPU identifiers such as i586, i686, powerpc and others. I suggest
  54 to have a look at the gcc-manual at http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc_toc.html
  55 "Hardware Models and Configurations".
  56
  57 /*
  58  * Ed. note
  59  * "Reboant" dropped a note about how using -Os (optimize for size) showed
  60  * incredibly good results. So if you want is small binary size rather than fast
  61  * execution time, you might want to take a look at this.
  62  */
  63
  64 Please keep in mind that if you find that a package doesn't compile and gives
  65 errors like "segmentation fault, core dumped" it's most likely got to do with
  66 these compiler optimizations. Try lowering the optimizing level by changing -O3
  67 to -O2. If that doesn't work try -O or leave it out all together.  Also try
  68 changing the -march variable. Compilers are very sensitive to certain hardware
  69 too. Bad memory can cause compilation problems when a high level of
  70 optimization is used, like the -O3 setting. The fact that I don't have any
  71 problems compiling everything with -O3 doesn't mean you won't have any problems
  72 either. Another problem can be the Binutils version that's installed on your
  73 system which often causes compilation problems in Glibc (most noticable in
  74 RedHat because RedHat often uses beta software which aren't always very stable.
  75
  76 "RedHat likes living on the bleeding edge, but leaves the bleeding up to you"
  77 (quoted from somebody on the lfs-discuss mailinglist).
  78
  79 DEFINITIONS FOR FLAGS:
  80
  81 For more information on compiler optimization flags see the GCC Command
  82 s page in the Online GCC 3.3.1 docs at:
  83
  84 http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.3.1/gcc/Optimize-Options.html#Optimize%20Options
  85 http://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.3.1/gcc/i386-and-x86-64-Options.html#i386%20and%20x86-64%20Options
  86
  87 -s
  88         A linker option that remove all symbol table and relocation
  89         information from the binary.
  90
  91 -O3
  92         This flag sets the optimizing level for the binary.
  93                 3       Highest level, machine specific code is generated.
  94                         Auto-magically adds the -finline-functions and
  95                         -frename-registers flags.
  96                 2       Most make files have this set up as Default, performs all
  97                         supported optimizations that do not involve a space-speed
  98                         tradeoff. Adds the -fforce-mem flag auto-magically.
  99                 1       Minimal optimizations are performed. Default for the compiler,
 100                         if nothing is given.
 101                 0       Don't optimize.
 102                 s       Same as O2 but does additional optimizations for size.
 103
 104 -fomit-frame-pointer
 105         Tells the compiler not to keep the frame pointer in
 106         a register for functions that don't need one.  This
 107         avoids the instructions to save, set up and restore
 108         frame pointers; it also makes an extra register available
 109         in many functions. It also makes debugging impossible
 110         on some machines.
 111
 112 -march=pentium3
 113         Defines the instructions set to use when compiling. -mpcu is implied
 114         be the same as -march when only -march is used.
 115                 i386                    Intel 386 Prcoessor
 116                 i486                    Intel/AMD 486 Processor
 117                 pentium                 Intel Pentium Processor
 118                 pentiumpro              Intel Pentium Pro Processor
 119                 pentium2                Intel PentiumII/Celeron Processor
 120                 pentium3                Intel PentiumIII/Celeron Processor
 121                 pentium4                Intel Pentium 4/Celeron Processor
 122                 k6                      AMD K6 Processor
 123                 k6-2                    AMD K6-2 Processor
 124                 K6-3                    AMD K6-3 Processor
 125                 athlon                  AMD Athlon/Duron Processor
 126                 athlon-tbird            AMD Athlon Thunderbird Processor
 127                 athlon-4                AMD Athlon Version 4 Processor
 128                 athlon-xp               AMD Athlon XP Processor
 129                 athlon-mp               AMD Athlon MP Processor
 130                 winchip-c6              Winchip C6 Processor
 131                 winchip2                Winchip 2 Processor
 132                 c3                      VIA C3 Cyrix Processor
 133
 134 -mmmx
 135 -msse
 136 -msse2
 137 -m3dnow
 138         These switches enable or disable the use of built-in functions
 139         that allow direct access to the MMX, SSE and 3Dnow extensions
 140         of the instruction set.
 141
 142 OPTIMIZATION LINKS:
 143
 144 Safe flags to use for gentoo-1.4
 145 http://www.freehackers.org/gentoo/gccflags/flag_gcc3.html
 146
 147 Securing & Optimizing Linux: The Ultimate Solution v2.0
 148 http://www.openna.com/products/books/sol/solus.php
 149
 150 PERSON EXPERIENCE:
 151
 152 I have tried using all optimization levels, but to my disappointment, results varied
 153 from package to package. Using -O(any number) using GCC 3.3.1 can give unpredictable
 154 responses.
 155
 156 Some of those unpredicatable responses can be seen with the following bugs sent to GCC.
 157 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12590
 158 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=10655
 159 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=8440
 160
 161 VERSION:        1.2
 162
 163 CHANGELOG:      1.2 Fixed Typos
 164                 1.1 Fixed Typos and Cut-n-Paste Errors
 165                 1.0 Adopted by Jim Gifford
 166
 167  New Version of this document can be viewed from http://cvs.jg555.com/viewcvs.cgi/lfs-hints
 168
 169
 170