mount: make it more readable
[oweals/busybox.git] / docs / keep_data_small.txt
index ec13b4d3f86163083892834684a8989977bbae7a..2ddbefa10aa3cde76a3700d9353432319953a761 100644 (file)
@@ -1,47 +1,62 @@
-       Keeping data small
+               Keeping data small
 
 When many applets are compiled into busybox, all rw data and
 bss for each applet are concatenated. Including those from libc,
-if static bbox is built. When bbox is started, _all_ this data
+if static busybox is built. When busybox is started, _all_ this data
 is allocated, not just that one part for selected applet.
 
 What "allocated" exactly means, depends on arch.
-On nommu it's probably bites the most, actually using real
+On NOMMU it's probably bites the most, actually using real
 RAM for rwdata and bss. On i386, bss is lazily allocated
 by COWed zero pages. Not sure about rwdata - also COW?
 
-Small experiment measures "parasitic" bbox memory consumption.
-Here we start 1000 "busybox sleep 10" in parallel.
-bbox binary is practically allyesconfig static one,
-built against uclibc:
-
-bash-3.2# nmeter '%t %c %b %m %p %[pn]'
-23:17:28 ..........    0    0 168M    0  147
-23:17:29 ..........    0    0 168M    0  147
-23:17:30 U.........    0    0 168M    1  147
-23:17:31 SU........    0 188k 181M  244  391
-23:17:32 SSSSUUU...    0    0 223M  757 1147
-23:17:33 UUU.......    0    0 223M    0 1147
-23:17:34 U.........    0    0 223M    1 1147
-23:17:35 ..........    0    0 223M    0 1147
-23:17:36 ..........    0    0 223M    0 1147
-23:17:37 S.........    0    0 223M    0 1147
-23:17:38 ..........    0    0 223M    1 1147
-23:17:39 ..........    0    0 223M    0 1147
-23:17:40 ..........    0    0 223M    0 1147
-23:17:41 ..........    0    0 210M    0  906
-23:17:42 ..........    0    0 168M    1  147
-23:17:43 ..........    0    0 168M    0  147
+In order to keep busybox NOMMU and small-mem systems friendly
+we should avoid large global data in our applets, and should
+minimize usage of libc functions which implicitly use
+such structures.
+
+Small experiment to measure "parasitic" bbox memory consumption:
+here we start 1000 "busybox sleep 10" in parallel.
+busybox binary is practically allyesconfig static one,
+built against uclibc. Run on x86-64 machine with 64-bit kernel:
+
+bash-3.2# nmeter '%t %c %m %p %[pn]'
+23:17:28 .......... 168M    0  147
+23:17:29 .......... 168M    0  147
+23:17:30 U......... 168M    1  147
+23:17:31 SU........ 181M  244  391
+23:17:32 SSSSUUU... 223M  757 1147
+23:17:33 UUU....... 223M    0 1147
+23:17:34 U......... 223M    1 1147
+23:17:35 .......... 223M    0 1147
+23:17:36 .......... 223M    0 1147
+23:17:37 S......... 223M    0 1147
+23:17:38 .......... 223M    1 1147
+23:17:39 .......... 223M    0 1147
+23:17:40 .......... 223M    0 1147
+23:17:41 .......... 210M    0  906
+23:17:42 .......... 168M    1  147
+23:17:43 .......... 168M    0  147
 
 This requires 55M of memory. Thus 1 trivial busybox applet
-takes 55k of userspace memory (nmeter doesn't account for kernel-side
-allocations). Definitely can be improved.
+takes 55k of memory on 64-bit x86 kernel.
 
-Thus we should avoid large global data in our applets,
-and should minimize usage of libc functions which implicitly use
-such structures in libc.
+On 32-bit kernel we need ~26k per applet.
 
-       Example 1
+Script:
+
+i=1000; while test $i != 0; do
+        echo -n .
+        busybox sleep 30 &
+        i=$((i - 1))
+done
+echo
+wait
+
+(Data from NOMMU arches are sought. Provide 'size busybox' output too)
+
+
+               Example 1
 
 One example how to reduce global data usage is in
 archival/libunarchive/decompress_unzip.c:
@@ -57,12 +72,15 @@ archival/libunarchive/decompress_unzip.c:
 #define STATE_IN_BSS 0
 #define STATE_IN_MALLOC 1
 
+(see the rest of the file to get the idea)
+
 This example completely eliminates globals in that module.
-Required memory is allocated in inflate_gunzip() [its main module]
+Required memory is allocated in unpack_gz_stream() [its main module]
 and then passed down to all subroutines which need to access 'globals'
 as a parameter.
 
-       Example 2
+
+               Example 2
 
 In case you don't want to pass this additional parameter everywhere,
 take a look at archival/gzip.c. Here all global data is replaced by
@@ -70,7 +88,7 @@ single global pointer (ptr_to_globals) to allocated storage.
 
 In order to not duplicate ptr_to_globals in every applet, you can
 reuse single common one. It is defined in libbb/messages.c
-as struct globals *ptr_to_globals, but the struct globals is
+as struct globals *const ptr_to_globals, but the struct globals is
 NOT defined in libbb.h. You first define your own struct:
 
 struct globals { int a; char buf[1000]; };
@@ -79,13 +97,120 @@ and then declare that ptr_to_globals is a pointer to it:
 
 #define G (*ptr_to_globals)
 
-Linker magic ensures that these two merge into single pointer object.
-Now initialize it in <applet>_main():
+ptr_to_globals is declared as constant pointer.
+This helps gcc understand that it won't change, resulting in noticeably
+smaller code. In order to assign it, use SET_PTR_TO_GLOBALS macro:
+
+       SET_PTR_TO_GLOBALS(xzalloc(sizeof(G)));
+
+Typically it is done in <applet>_main().
+
+Now you can reference "globals" by G.a, G.buf and so on, in any function.
+
+
+               bb_common_bufsiz1
+
+There is one big common buffer in bss - bb_common_bufsiz1. It is a much
+earlier mechanism to reduce bss usage. Each applet can use it for
+its needs. Library functions are prohibited from using it.
+
+'G.' trick can be done using bb_common_bufsiz1 instead of malloced buffer:
+
+#define G (*(struct globals*)&bb_common_bufsiz1)
+
+Be careful, though, and use it only if globals fit into bb_common_bufsiz1.
+Since bb_common_bufsiz1 is BUFSIZ + 1 bytes long and BUFSIZ can change
+from one libc to another, you have to add compile-time check for it:
+
+if (sizeof(struct globals) > sizeof(bb_common_bufsiz1))
+       BUG_<applet>_globals_too_big();
+
+
+               Drawbacks
+
+You have to initialize it by hand. xzalloc() can be helpful in clearing
+allocated storage to 0, but anything more must be done by hand.
+
+All global variables are prefixed by 'G.' now. If this makes code
+less readable, use #defines:
+
+#define dev_fd (G.dev_fd)
+#define sector (G.sector)
+
+
+               Word of caution
+
+If applet doesn't use much of global data, converting it to use
+one of above methods is not worth the resulting code obfuscation.
+If you have less than ~300 bytes of global data - don't bother.
+
+
+               gcc's data alignment problem
+
+The following attribute added in vi.c:
+
+static int tabstop;
+static struct termios term_orig __attribute__ ((aligned (4)));
+static struct termios term_vi __attribute__ ((aligned (4)));
+
+reduces bss size by 32 bytes, because gcc sometimes aligns structures to
+ridiculously large values. asm output diff for above example:
+
+ tabstop:
+        .zero   4
+        .section        .bss.term_orig,"aw",@nobits
+-       .align 32
++       .align 4
+        .type   term_orig, @object
+        .size   term_orig, 60
+ term_orig:
+        .zero   60
+        .section        .bss.term_vi,"aw",@nobits
+-       .align 32
++       .align 4
+        .type   term_vi, @object
+        .size   term_vi, 60
+
+gcc doesn't seem to have options for altering this behaviour.
+
+gcc 3.4.3 and 4.1.1 tested:
+char c = 1;
+// gcc aligns to 32 bytes if sizeof(struct) >= 32
+struct {
+    int a,b,c,d;
+    int i1,i2,i3;
+} s28 = { 1 };    // struct will be aligned to 4 bytes
+struct {
+    int a,b,c,d;
+    int i1,i2,i3,i4;
+} s32 = { 1 };    // struct will be aligned to 32 bytes
+// same for arrays
+char vc31[31] = { 1 }; // unaligned
+char vc32[32] = { 1 }; // aligned to 32 bytes
+
+-fpack-struct=1 reduces alignment of s28 to 1 (but probably
+will break layout of many libc structs) but s32 and vc32
+are still aligned to 32 bytes.
+
+I will try to cook up a patch to add a gcc option for disabling it.
+Meanwhile, this is where it can be disabled in gcc source:
 
-       ptr_to_globals = xzalloc(sizeof(G));
+gcc/config/i386/i386.c
+int
+ix86_data_alignment (tree type, int align)
+{
+#if 0
+  if (AGGREGATE_TYPE_P (type)
+       && TYPE_SIZE (type)
+       && TREE_CODE (TYPE_SIZE (type)) == INTEGER_CST
+       && (TREE_INT_CST_LOW (TYPE_SIZE (type)) >= 256
+           || TREE_INT_CST_HIGH (TYPE_SIZE (type))) && align < 256)
+    return 256;
+#endif
 
-and you can reference "globals" by G.a, G.buf and so on, in any function.
+Result (non-static busybox built against glibc):
 
-The drawback is that now you have to initialize it by hand. xzalloc()
-can be helpful in clearing allocated storage to 0, but anything more
-must be done by hand.
+# size /usr/srcdevel/bbox/fix/busybox.t0/busybox busybox
+   text    data     bss     dec     hex filename
+ 634416    2736   23856  661008   a1610 busybox
+ 632580    2672   22944  658196   a0b14 busybox_noalign