【Free Style】CGO: Go与C互操作技术（三）：Go调C性能分析及优化

测试环境

测试机器为物理机，不是虚拟环境。采用ubuntu 16.04, x64。CPU主频2.6GHz，单核测试。Go的版本为1.8.0。

原生Go的调用开销

这个是测量的原生Go的开销，作为一个基准，测试代码如下

\\ main.gopackage mainimport _ "unsafe"//go:noinlinefunc add3(a, b, c int) int {return a + b + c
}//go:linkname nanotime runtime.nanotimefunc nanotime() int64 // 如果哪个兄弟想用这个函数，请在目录下建立一个空的asm_amd64.s// 具体原因，在后面的博客中会有介绍// 这个函数与time.Now的区别是没有抢占点，除此之外一模一样const num int = 10000000func main() {var sum int = 0t1 := nanotime()for i := 0; i < num; i ++ {
sum = add3(i, i+1, i+2)
}
t2 := nanotime()println("Time: ", float64(t2-t1)/float64(num), " ns/Op")println("Result:", sum) // println函数是一个builtin的函数，输出到标准错误输出}

输出结果为

time taskset -c 20 ./main
Time:  +3.270027e+000  ns/Op
Result: 30000000

原生Go调C的开销

按照Go的语法使用Go调C

\\ main.gopackage main/*
int __attribute__((noinline)) add3(int a, int b, int c) {
return a + b + c;
}
*/import "C"const num C.int = 10000000func main() {var sum C.int = 0var i C.intt1 := nanotime()for i = 0; i < num; i++ {
sum = C.add3(i, i+1, i+2)
}
t2 := nanotime()println("Time: ", float64(t2-t1)/float64(num), " ns/Op")println("Result:", sum)
}

由于在使用import "C"的文件中，不能使用编译制导语句，所以需要另外一个文件完成nanotime的实现

package mainimport _ "unsafe"//go:linkname nanotime runtime.nanotimefunc nanotime() int64

输出结果为：

time taskset -c 20 ./main
Time:  +8.416507e+001  ns/Op
Result: 30000000

通过Go调C花的时间大约是纯Go的26倍。

优化Go调C：去掉调度设置

具体做法的话，就是把C的函数地址拿到，然后通过asmcgocall直接调用。参数的传递通过结构体传递。代码实现如下：

// main.gopackage main/*
#include <stdio.h>
int __attribute__((noinline)) add3(int a, int b, int c) {
return a + b + c;
}
typedef struct {
int p0;
int p1;
int p2;
int r;
} passer;
int __attribute__((noinline)) x_csub(void *v) {
passer* pv = (passer*)v;
pv->r = pv->p0 + pv->p1 + pv->p2;
}
*/import "C"const num int32 = 10000000func main() {var sum int32 = 0var i int32t1 := nanotime()for i = 0; i < num; i++ {
sum = add3(i, i+1, i+2)
}
t2 := nanotime()println("Time: ", float64(t2-t1)/float64(num), " ns/Op")println("Result:", sum)
}

第二个文件

package mainimport "unsafe"//go:linkname asmcgocall runtime.asmcgocallfunc asmcgocall(fn, arg unsafe.Pointer) int32//go:linkname nanotime runtime.nanotimefunc nanotime() int64//go:cgo_import_static x_csub//go:linkname x_csub x_csub//go:linkname _csub _csubvar x_csub bytevar _csub = unsafe.Pointer(&x_csub)type passer struct {
a, b, c, r int32}var p passerfunc add3(a, b, c int32) (r int32) {
p.a = a
p.b = b
p.c = c
p.r = r
asmcgocall(_csub, unsafe.Pointer(&p))return p.r
}

结果输出：

Time:  +1.800196e+001  ns/Op
Result: 30000000

时间是原生的Go调C的0.21倍。这个结果是仍然有切栈操作的。

优化Go调C：继续去掉切栈操作

继续去掉Go调C的切栈操作，即把一个C函数当成原生的Go函数，去掉切栈操作。代码如下

// main.gopackage main/*
#include <stdio.h>
int __attribute__((noinline)) add3(int a, int b, int c) {
return a + b + c;
}
typedef struct {
int p0;
int p1;
int p2;
int r;
} passer;
int __attribute__((noinline)) x_csub(void *v) {
passer* pv = (passer*)v;
pv->r = pv->p0 + pv->p1 + pv->p2;
}
*/import "C"const num int32 = 10000000func main() {var sum int32 = 0var i int32t1 := nanotime()for i = 0; i < num; i++ {
sum = add3(i, i+1, i+2)
}
t2 := nanotime()println("Time: ", float64(t2-t1)/float64(num), " ns/Op")println("Result:", sum)
}

与上一个例子类似，另外一个文件为：

// lib.gopackage mainimport "mycall"import "unsafe"//go:linkname asmcgocall runtime.asmcgocallfunc asmcgocall(fn, arg unsafe.Pointer) int32//go:linkname nanotime runtime.nanotimefunc nanotime() int64//go:cgo_import_static x_csub//go:linkname x_csub x_csub//go:linkname _csub _csubvar x_csub bytevar _csub = unsafe.Pointer(&x_csub)type passer struct {
a, b, c, r int32}var p passerfunc add3(a, b, c int32) (r int32) {
p.a = a
p.b = b
p.c = c
p.r = r
mycall.Mycall(_csub, unsafe.Pointer(&p))return p.r
}

这里面用到的mycall实现如下：

// mycall.gopackage mycallimport "unsafe"func Mycall(fn, arg unsafe.Pointer)

函数体实现为：

TEXT ·Mycall(SB),0,$0-20MOVQ fn+0(FP), AX
MOVQ arg+8(FP), BX
MOVQ BX, DI
CALL AX
RET

输出结果为：

Time:  +8.875633e+000  ns/Op
Result: 30000000

是原生Go调C的0.105倍。

Go调C优化：把C函数变成Go的汇编

// main.gopackage mainimport _ "unsafe"//go:linkname nanotime runtime.nanotimefunc nanotime() int64func add3(int32, int32, int32) int32const num int32 = 10000000func main() {var sum int32 = 0var i int32t1 := nanotime()for i = 0; i < num; i++ {
sum = add3(i, i+1, i+2)
}
t2 := nanotime()println("Time: ", float64(t2-t1)/float64(num), " ns/Op")println("Result:", sum)
}

add3的函数体

// asm_amd64.sTEXT ·add3+0(SB),4,$0-24MOVL    c+8(FP),AX
ADDL    b+4(FP),AX
ADDL    a+0(FP),AX
MOVL    AX, ret+16(FP)
RET

输出结果为：

Time:  +3.390647e+000  ns/Op
Result: 30000000

以及跟原生的Go很接近了。

总结