将Linux C/C++应用程序从x86平台移植到IBM PowerLinux（2） 应用程序, 处理器, 吞吐量, Linux, Power

yuyang911220

理解 x86 与 Power Architecture 衍生产品之间的差异
        在将 x86 Linux 应用程序移植到 Power Systems 之前，您应该知道一些特定于架构的差异。在接下来的两节中，我们将详细介绍一些特别值得注意的架构差异：

•                 字节顺序
•                 32 位和 64 位应用程序环境中的数据类型长度
•                 架构中的数据对齐方式差异

        我们稍后将会介绍对比 x86 和 Power 应用程序时的一些额外的考虑因素。优化考虑因素示例包括使用多个线程优化吞吐量，评估简单锁定模式的使用，等等。
        字节顺序
        尽管 POWER 处理器可同时支持高位优先和低位优先（字节排序模式），但最新的实现都使用一种高位优先架构，而 x86 处理器使用了一种低位优先架构。本节介绍字节顺序问题，以及处理它们的技术。在将低级 应用程序、设备驱动程序或数据文件从 x86 架构移植到 Power Architecture 期间，开发人员通常会遇到一些字节排序问题。高级 应用程序在移植时很少遇到字节顺序问题，但在从 x86 移植到 Power 时需要解决此问题。
        字节排序会影响整数和浮点数据，但不会影响字符串，因为它们会保持编程人员看到和想要的字符串顺序。所以，原始 ASCII 文本文件可正常使用，但与机器独立的数据文件可能受到硬件字节顺序问题的影响。例如，JPEG 文件被存储为高位优先格式，而 GIF 和 BMP 文件被存储为低位优先格式。
        高位优先和低位优先
        字节顺序指数据元素和它的各个字节在内存中存储和寻址的方式。在多位数中，具有更高数量级的位被视为更重要的位。例如，在 4 位数 8472 中，4 比 7 更重要。类似地，在多字节数字数据中，字节持有的值越大，它就越重要。例如，十六进制值 0x89ABCDEF 可拆分为 4 个字节：0x89、0xAB、0xCD 和 0xEF，分别具有算术值 0x89000000、0xAB0000、0xCD00 和 0xEF。显然，字节 0x89 是最大的值；因此它是最重要的字节，而字节 0xEF 是最小的部分，因此是最不重要的字节。
        将一个数字放在内存中时，从最低的地址开始，只有两个有意义的选项：

•                 首先放置最不重要的字节（低位优先）。
•                 首先放置最重要的字节（高位优先）。

        下图显示了高位优先和低位优先处理器如何将 32 位十六进制值（比如 0x89ABCDEF）放入内存中：
        图 1. 存储十六进制值的高位优先和低位优先处理器


        0x89 是最重要的字节，而 0xEF 是最不重要的字节。在高位优先系统上，最重要的字节放在最低的内存地址上。在低位优先系统上，最不重要的字节放在最低的内存地址上。
        如果程序将一个单词写入内存中，然后读取相同位置作为一个单词，那么字节排序不存在问题，因为在采用一致的方式引用某个变量时，看到的会是同一个值。如果程序尝试一次读取同一个值的一个字节（在写入一个单词时），根据处理器采用低位优先还是高位优先格式，它可能获得不同的结果。
        IBM POWER 处理器系列是使用高位优先数据布局的系统示例，而 x86 处理器系列是使用低位优先数据布局的系统示例。识别依赖于字节顺序的代码段，并将它们转换为等效的高位优先格式，这在将 x86 应用程序迁移到 Power 平台期间很重要。
        处理字节顺序
        本节将介绍如何识别代码中依赖于字节顺序的区域，并将它们转换为正确的字节顺序格式的方法。
        依赖于字节顺序的代码
        数据引用上的非一致性是 C 语言的优势，这使得它在编程系统级软件（包括操作系统和设备驱动程序）中变得很流行。此优势包括类型转换、指针操作、union、位字段、结构和灵活的类型检查。但是，同样是这些特性，它们也可能是字节顺序可移植性问题的来源。作为示例，请考虑以下两个代码清单：
        清单 1. 使用指针的非一致数据引用
#include <stdio.h>int main(void) {  int val;  unsigned char *ptr;  ptr = (char*) &val;  val = 0x89ABCDEF; /* four bytes constant */  printf("%X.%X.%X.%X\n", ptr[0], ptr[1], ptr[2], ptr[3]);  exit(0);}        清单 2. 使用 union 的非一致数据引用
#include <stdio.h>union {  int val;  unsigned char c[sizeof(int)];} u;int main(void) {  u.val = 0x89ABCDEF; /* four bytes constant */  printf("%X.%X.%X.%X\n", u.c[0], u.c[1], u.c[2], u.c[3]);  exit(0);}        在 x86 系统上，结果为：
EF.CD.AB.89        在基于 POWER 处理器的系统上，结果为：
89.AB.CD.EF        字节顺序问题表现为 val，它从最重要的字节开始逐个字节地读取数据。
        如何确定系统的字节顺序
        在 Linux 中，GNU_C 预处理器通常会自动提供一组常用的预定义宏，它们的名称以双下划线开始和结束。一组对确定使用的系统的字节顺序最有用的宏是 __BYTE_ORDER__、__ORDER_LITTLE_ENDIAN__ 和 __ORDER_BIG_ENDIAN__。
/* Test for a big-endian machine */#if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_BIG_ENDIAN__/* Do big endian processing */        编写字节顺序中立的代码
        如果程序模块在跨具有不同字节顺序的平台移植时能够保留其功能，那么它就是字节顺序中立的。换句话说，它的功能与运行它的平台的字节顺序无关。以下是一些编写字节顺序中立的代码的建议：

•                 使用宏和指令
                  要让代码变得可移植，可以使用宏和条件编译指令，如清单 3 和清单 4 所示。