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基于龍芯2F的Glibc庫優(yōu)化
作者：
時(shí)間：2010-12-14
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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3．2 數據轉換函數
數據轉換函數包括字符串轉換為整數和浮點(diǎn)數。文章分別在每類(lèi)函數中取一個(gè)例子說(shuō)明優(yōu)化過(guò)程。
字符串轉換為整數包括strtol、strtoul、strtoll等函數，它們分別解析不同的整數類(lèi)型，支持從2到36的轉換進(jìn)制。各函數實(shí)現上不同的地方僅在于不同類(lèi)型的整數大小范圍不同，處理流程類(lèi)似。下面以strtol函數為例介紹優(yōu)化過(guò)程，它的功能為將字符串轉換為long型整數。
Glibc庫中strtol的實(shí)現使用普通的逐字節讀取并計算的方式。我們首先對轉換進(jìn)制分情況處理，對于2的冪次方的進(jìn)制，如2、4、8、16、32，字符串中的每個(gè)數字在二進(jìn)制位上沒(méi)有關(guān)聯(lián)?？梢詫⑺鼈冎饌€(gè)轉換成二進(jìn)制位后填入返回值的相應位置，具有較快的轉換速度。其次十進(jìn)制轉換是一種常用的情況，也將其單獨列出，可以省去對字母進(jìn)行判斷。
給定進(jìn)制后，在該進(jìn)制下整數至多有多少位就可以確定。當字符串中的合法數字個(gè)數超過(guò)位數限制時(shí)，直接返回該類(lèi)型下的最大值即可。當字符串中的合法數字小于位數限制時(shí)，可知解析后的結果絕對不會(huì )超過(guò)該整數類(lèi)型的表示范圍，此時(shí)我們將字符串進(jìn)行分段并對解析進(jìn)程進(jìn)行循環(huán)展開(kāi)。如果合法數字個(gè)數恰好等于位數限制，此時(shí)解析結果有超過(guò)該類(lèi)型下最大值的可能性，首先將小于位數限制的部分解析完成后，再考慮最后一位數字。提前確定解析結果的范圍可以避免每次循環(huán)內都要對是否超出該類(lèi)型的最大值進(jìn)行判斷。
取進(jìn)制從2到36，字符串的長(cháng)度從1到該進(jìn)制下的最大值進(jìn)行測試，得到各進(jìn)制下的優(yōu)化效果如圖1所示，各進(jìn)制的平均優(yōu)化比率為30．9％。
strtod、strtof、strtold等函數將字符串轉換為浮點(diǎn)數。我們以strtod函數為例進(jìn)行介紹，它將字符串轉換為double型浮點(diǎn)數。
Glibc庫中strtod的實(shí)現使用高精度計算。首先遍歷整個(gè)字符串，找出其中的整數、小數和指數部分，各個(gè)部分分別使用高精度計算解析，再將結果合并。對于一般的實(shí)現來(lái)說(shuō)，各個(gè)部分的取值不會(huì )太大，此時(shí)使用高精度計算時(shí)間消耗較大，改進(jìn)的實(shí)現將每個(gè)部分再進(jìn)行分
塊，對每個(gè)分塊使用整數進(jìn)行解析，實(shí)現方式與strtol相同。各個(gè)部分的分塊解析完成后，使用一個(gè)long double類(lèi)型作為臨時(shí)變量合并解析結果以避免精度丟失，最后將該變量轉換為doulble類(lèi)型返回。對于strtof函數，使用double類(lèi)型作為臨時(shí)變量。而對于strtold函數，使用上述方法無(wú)法保證精度，仍采用原始的實(shí)現。
由于雙精度浮點(diǎn)數的有效位數為16至17位，對字符串長(cháng)度從1到17進(jìn)行測試，得到各長(cháng)度下的優(yōu)化效果如圖2所示，各長(cháng)度的平均優(yōu)化比率為49．8％。
3．3 哈希表查找函數
Glibc庫中哈希表所包含的關(guān)鍵字和數據分別為字符串和內存塊，其相關(guān)的函數包括hcreate，hdestory以及hsearch，分別完成哈希表的創(chuàng )建，銷(xiāo)毀和查找。創(chuàng )建與銷(xiāo)毀操作都是一次性的，我們對查找操作進(jìn)行優(yōu)化。
hsearch函數讀入字符串關(guān)鍵字作為參數，首先將其映射為整數關(guān)鍵值，接著(zhù)使用雙重散列逐個(gè)取出元素進(jìn)行判斷。
Glibc庫中字符串映射為整數的實(shí)現方法為，首先求得字符串的長(cháng)度作為初值，接著(zhù)將其不斷左移4位并從末尾到頭部逐個(gè)與字符串中的字符相加。該方法需要對字符串進(jìn)行兩次遍歷，并且當字符串較長(cháng)時(shí)，字符串的長(cháng)度和進(jìn)行累加的前幾個(gè)字符會(huì )被移出而不影響最終的映射值。例如對32位的整型數來(lái)說(shuō)，只有字符串的前8個(gè)字符對映射值有影響。
我們使用ELF哈希算法來(lái)替換原有的映射實(shí)現，此算法不先對字符串求長(cháng)，僅進(jìn)行移位和累加操作的循環(huán)，為了避免原始實(shí)現的缺點(diǎn)，每次循環(huán)中都會(huì )判斷移位是否超出范圍，如果超出，則把中間結果的高八位異或到低八位上。該哈希函數只需對字符串遍歷一遍，并且考慮了移位越界，避免了只有前幾個(gè)字符影響映射值的缺陷。
3．4 加密函數
Glibc庫中的加密函數為crypt函數，該函數單向加密給定的字符串，支持的算法包括MD5、SHA以及DES算法。由于MD5與DES算法的實(shí)現流程固定且做了較充分的展開(kāi)，因此我們主要考慮SHA算法。針對該算法有設計硬件結構進(jìn)行的優(yōu)化，而我們的工作從代碼實(shí)現角度進(jìn)行。下面以SHA-256為例說(shuō)明優(yōu)化過(guò)程，其它SHA算法與之類(lèi)似。
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