Prawdy i mity o 64‑bitowym Linuxie

Na wstępie zacznę od tego, że ten wpis to tak na prawdę tłumaczenie (i trochę streszczenie (i trochę moich trzech groszy)) prezentacji "Myths and facts about 64‑bit Linux" dostępnej na http://www.amd64.org/publications.html

Mity

- Nie potrzeba 64‑bitowego systemu gdy ma się mniej niż 3 GB RAMu - Jest mniej driverów na 64‑bitowy OS - Cały software musi być 64‑bitowy - 64‑bitowy software jest 2 razy szybszy

Prawdy

Architektura x86_64 W porównaniu z architekturą 32‑bitową zmiany nastąpiły za równo pod względem jakościowym jak i ilościowym. Innymi słowy jest lepiej i więcej :) Do rzeczy:

Procesor 64‑bitowy ma 2 tryby działania: Long i Legacy, gdzie każdy ma swoje pod‑tryby, których jest w sumie 5: - "Long" dla 64‑bitowego OS -‑- "64‑bit" dla aplikacji 64‑bitowych -‑- "Compat" dla aplikacji 32‑bitowych - "Legacy" dla mniej-bitowych OS -‑- "Protected" dla aplikacji 32‑bitowych na 32‑bitowym OS -‑- "Virtual 8086" dla aplikacji 16‑bitowych na 32‑bitowym OS -‑- "Real" dla aplikacji 16‑bitowych na 16‑bitowym OS (kto tego używa?)

Podobnie jak miało to miejsce we wcześniejszych powiększeniach bitowości procesorów, wielkość rejestrów została zwiększona dwukrotnie. Tak więc teraz na przykład jest 64‑bitowy rax, którego 32 młodsze bity są dostępne pod nazwą (znaną z architektury 32‑bitowej) eax. Dalszy podział na ax, ah i al jest nadal wspierany. Poza tym dodano 8 nowych rejestrów, które nazywają się po prostu r8, r9, ..., r15. Analogicznie dodano rejestry SSE xmm8, xmm9, ..., xmm15, ale ich rozmiar pozostał bez zmian.

Poza tym została powiększona przestrzeń adresowa. Dzięki 64‑bitowym adresom można zaadresować 16E B pamięci (na 32‑bitach można było 4GB).

gcc na 64‑bitach Krótko i punktach: - Typy danych i ich rozmiary (w bitach) to: int = 32, long = 64, wskaźnik = 64 - Przy optymalizacji -O2 pierwsze 6 argumentów całkowitoliczbowych i 8 zmiennoprzecinkowych jest przekazywane w rejestrach (a nie przez stos). - wykorzystuje zwiększoną liczbę rejestrów - jeżeli możliwe, wykorzystuje 32‑bitowe operandy dla zaoszczędzenia miejsca - potrafi kompilować dla architektury 32‑bitowej (wystarczy dodać -m32)

Przykład: [code]uint64_t do_add (uint64_t a, uint64_t b) { return a+b; }[/code] gcc -S -m32 -O2 add.c (‑m32 czyli 32‑bity) [code]do_add: pushl %ebp # pierwsze odwołanie do pamięci movl %esp, %ebp movl 16(%ebp), %eax # drugie odwołanie do pamięci movl 20(%ebp), %edx # trzecie odwołanie do pamięci addl 8(%ebp), %eax # czwarte odwołanie do pamięci adcl 12(%ebp), %edx # piąte odwołanie do pamięci popl %ebp # szóste odwołanie do pamięci ret[/code] gcc -S -m64 -O2 add.c (‑m64 czyli 64‑bity) [code]do_add: leaq (%rdi,%rsi), %rax # argumenty przekazane w rejestrach rdi i rsi. zero odwołań do pamięci ret[/code]

Kompatybilność z architekturą 32‑bitową Co może procesor? W trybie "Compat" pozwala na uruchamianie niezmienionych aplikacji 32‑bitowych w 64‑bitowym systemie. Dla programu taki tryb niczym się nie różni od trybu "Protected". Poza tym choć program może zaadresować tylko 4GB pamięci, to system operacyjny może ją zamapować w dowolne inne miejsce. Co może Linux? Po pierwsze i chyba najważniejsze: automatycznie przełącza procesor pomiędzy trybami "64‑bit" i "Compat", co pozwala na jednoczesne działanie programów 32 i 64‑bitowych. Niestety 32‑bitowy program musi mieć 32‑bitowe biblioteki, więc niektóre z nich muszą być dublowane na każdą architekturę.

Testy wydajności Jako testy sprawdzono czas działania povray, oggenc i mencoder, oraz czas kompilacji Firefoxa i GTK+. Poprawa (albo pogorszenie) wydajności, względem wersji 32‑bitowej, to odpowiednio 7%, 24.5%, 3.5%, 19.8% i -14.4%. Testowano też czas kompilacji jądra Linux dla różnych kombinacji architektury hosta i architektury docelowej. Zmiany, względem kombinacji 32‑bitowy host i 32‑bitowy wynik, wynosiły od 2% do -8%.

Podsumowanie, czyli obalanie mitów

- Nie potrzeba 64‑bitowego systemu gdy ma się mniej niż 3 GB RAMu Nie samym RAMem żyje komputer. Warto mieć 64‑bitowy system dla lepszej wydajności.

- Jest mniej driverów na 64‑bitowy OS W przypadku Linuxa to raczej nieprawda (hail Open Source!)

- Cały software musi być 64‑bitowy Tryb kompatybilności działa bardzo sprawnie i nie zakłóca działania innych programów. Jest nawet program nspluginwrapper, który pozwala na uruchamianie 32‑bitowych pluginów (np. flash) w 64‑bitowych przeglądarkach.

- 64‑bitowy software jest 2 razy szybszy Dwa razy to nie, ale 20% może się trafić.

Wniosek

Najlepiej jest używać systemu 64‑bitowego i uruchamiać w nim 32‑bitowe programy, jeżeli tylko jest taka konieczność.

Zachęcam do przejrzenia głównego źródła tego wpisu 64bit_Linux-Myths_and_Facts.pdf. Można tam znaleźć trochę szczegółów, które pominąłem, słupki z benchmarków oraz wskazówki dla portujących aplikacje na 64‑bity.