Erlang/OTP 新架构移植探索

Erlang是一门适用于开发大规模可扩展实时软件系统的语言，主打 并发 和 分布式 编程，在电信、银行、电商、即时通信等领域均有应用案例。

OTP全称Open Telecom Platform（开放电信平台），相当于Erlang的编译器工具链。它提供Erlang程序运行的虚拟机，以及类似Python shell的Erlang shell。

当前版本：OTP 23.0

源码主要文件：

文件类型 文件数量（含test） 文件数量（不含test）
.c 598 426
.h 341 319
.cpp 11 11
.cc 1 1
.S 36 6
.erl 3950 1563
.hrl 310 229
.beam 1313 1250

其中，.erl是Erlang源文件，hrl是Erlang头文件，.beam是运行于虚拟机上的目标文件。

比起编译器，OTP更像一个由C/C++实现的应用系统。即使在config.guess之外的处理器上也可以直接构建，只要该平台具备下列工具。

三方依赖

  • GNU make
  • gcc or clang
  • Perl 5
  • GNU m4（用于支持HiPE，可使用--disable-hipe选项关闭）
  • ncurses, termcap, or termlib（可使用--without-termcap选项关闭）
  • sed
  • GNU autoconf（使用Git时需要）

以下工具在缺少时会自动跳过相关模块的编译：

  • OpenSSL 0.9.8（构建crypto模块时需要）
  • JDK 1.6.0（构建jinterface模块时需要）
  • flex（构建megaco模块时需要）
  • wxWidgets 3.0（构建wx模块时需要）

构建文档时需要：

  • xsltproc
  • fop

交叉编译

在构建平台上，使用--host（运行平台）和--build（构建平台）参数即可实现交叉编译：

$ ./otp_build configure --host=<UNAME_MACHINE>-unknown-linux-gnu --build=guess

不过OTP提供了更方便的配置文件法，配置文件位于xcomp目录：

$ ls xcomp/
README.md                            erl-xcomp-arm64-android.conf               erl-xcomp-powerpc-dso-linux-gnu.conf  erl-xcomp.conf.template
erl-xcomp-TileraMDE2.0-tilepro.conf  erl-xcomp-armv8-rpi3-linux-gnueabihf.conf  erl-xcomp-powerpc64-bgq-linux.conf
erl-xcomp-arm-android.conf           erl-xcomp-avr32-atmel-linux-gnu.conf       erl-xcomp-vars.sh
erl-xcomp-arm-linux.conf             erl-xcomp-mips-linux.conf                  erl-xcomp-x86_64-saf-linux-gnu.conf

xcomp/erl-xcomp.conf.template文件提供了配置模板，基于此创建新架构的配置文件erl-xcomp-<UNAME_MACHINE>-linux.conf，其中的erl_xcomp_build和erl_xcomp_host分别对应命令行中的--build和--host，在erl_xcomp_configure_flags中配置其他命令行参数，使用CC、CXX、LD等选项配置交叉编译器。参考其他架构进行配置。

boostrap配置：

$ ./otp_build configure --xcomp-conf=xcomp/erl-xcomp-<UNAME_MACHINE>-linux.conf

构建：

$ ./otp_build boot -a

发布：

$ ./otp_build release -a <ABSOLUTE_RELEASE_DIR>

<ABSOLUTE_RELEASE_DIR>为以绝对路径指定的文件夹，如果使用相对路径，脚本将在lib各个功能模块的子目录下分别创建<RELEASE_DIR>，唯独不在当前目录创建，不知意欲何为。

将<ABSOLUTE_RELEASE_DIR>拷至运行平台，cd进去安装：

$ ./Install [-minimal|-sasl] <ABSOLUTE_INSTALL_DIR>

本地编译

我们可以直接在运行平台上进行编译：

$ ./configure --build=<UNAME_MACHINE>-unknown-linux-gnu

如果不使用--build，就需要在各config.guess和config.sub中逐一添加我们的架构。

Hello world!

使用一个简单示例验证一下新平台上的OTP能否正常工作。

编辑源文件：

$ vi hello.erl

-module(hello). 
-export([main/0]). 

main() ->
    io:format("Hello world!~n").

编译：

$ erlc hello.erl

运行：

$ erl -noshell -s hello main -s init stop
Hello world!

架构相关

如上，我们不费吹灰之力就实现了OTP到新平台的「移植」，但其实OTP源码并非完全架构无关，以下架构相关部分对OTP的影响待考。

以mips为例，内容包含关键词的文件共13个：

$ grep -lir mips --exclude-dir=*test*
erts/autoconf/config.guess
erts/autoconf/config.sub
erts/configure
erts/doc/src/notes.xml
erts/emulator/hipe/elf64ppc.x
erts/include/internal/gcc/ethread.h
lib/erl_interface/configure
lib/erl_interface/src/auxdir/config.guess
lib/erl_interface/src/auxdir/config.sub
lib/odbc/configure
lib/wx/autoconf/config.guess
lib/wx/autoconf/config.sub
xcomp/erl-xcomp-mips-linux.conf

名称包含关键词的文件仅交叉编译配置文件1个：

$ find -iname *mips*
./xcomp/erl-xcomp-mips-linux.conf

除了erts/include/internal/gcc/ethread.h中的一处#if defined，基本只涉及脚本、配置、文档和注释，少得可怜。然而，事情没有那么简单。

第一处

搜索其他架构后发现，尽管OTP在主流平台上通用，但深度适配的只有x86、powerpc、sparc、tilera，这在定义了多线程、原子操作、内存屏障、读写锁、自旋锁等内核对象的erts/include/internal目录中可见一斑：

$ ls erts/include/internal/
README                       erl_misc_utils.h     erts_internal.mk.in  ethr_mutex.h                ethread.mk.in               gcc            ppc32    sparc64  x86_64
erl_errno.h                  erl_printf.h         ethr_atomics.h       ethr_optimized_fallbacks.h  ethread_header_config.h.in  i386           pthread  tile
erl_memory_trace_protocol.h  erl_printf_format.h  ethr_internal.h      ethread.h                   ethread_inline.h            libatomic_ops  sparc32  win

$ cd erts/include/internal/
$ ls gcc i386 ppc32 sparc32 sparc64 tile x86_64
gcc:
ethr_atomic.h  ethr_dw_atomic.h  ethr_membar.h  ethread.h

i386:
atomic.h  ethr_dw_atomic.h  ethr_membar.h  ethread.h  rwlock.h  spinlock.h

ppc32:
atomic.h  ethr_membar.h  ethread.h  rwlock.h  spinlock.h

sparc32:
atomic.h  ethr_membar.h  ethread.h  rwlock.h  spinlock.h

sparc64:
ethread.h

tile:
atomic.h  ethr_membar.h  ethread.h

x86_64:
ethread.h

第二处

此外，erts/emulator/sys/unix中涉及一些操作系统内核相关的定义（以powerpc为例）：

$ grep -r powerpc erts/emulator/sys/
erts/emulator/sys/unix/erl_unix_sys.h:#  elif (defined(__powerpc__) || defined(__ppc__)) && defined(__GNUC__)
erts/emulator/sys/unix/sys_float.c:#elif (defined(__powerpc__) && defined(__linux__)) || (defined(__ppc__) && defined(__DARWIN__))
erts/emulator/sys/unix/sys_float.c:#else /* !(x86 || (sparc && linux) || (powerpc && (linux || darwin))) */
erts/emulator/sys/unix/sys_float.c:#if (defined(__linux__) && (defined(__i386__) || defined(__x86_64__) || defined(__sparc__) || defined(__powerpc__))) || (defined(__DARWIN__) && (defined(__i386__) || defined(__x86_64__) || defined(__ppc__))) || (defined(__FreeBSD__) && (defined(__x86_64__) || defined(__i386__))) || ((defined(__NetBSD__) || defined(__OpenBSD__)) && defined(__x86_64__)) || (defined(__sun__) && defined(__x86_64__))
erts/emulator/sys/unix/sys_float.c:#elif defined(__linux__) && defined(__powerpc__)
erts/emulator/sys/unix/sys_float.c:#if defined(__powerpc64__)
erts/emulator/sys/unix/sys_float.c:#else  /* !((__linux__ && (__i386__ || __x86_64__ || __powerpc__)) || (__DARWIN__ && (__i386__ || __x86_64__ || __ppc__))) */
erts/emulator/sys/unix/sys_float.c:#endif /* (__linux__ && (__i386__ || __x86_64__ || __powerpc__)) || (__DARWIN__ && (__i386__ || __x86_64__ || __ppc__))) */

第三处

最后还有一块架构相关的大头就是HiPE（High-Performance Erlang），代码主要集中在lib/hipe和erts/emulator/hipe下：

$ ls lib/hipe/
Makefile  amd64  boot_ebin  doc   flow   info  main  native.mk  ppc       rtl    ssa   tools  vsn.mk
TODO      arm    cerl       ebin  icode  llvm  misc  opt        regalloc  sparc  test  util   x86

$ cd lib/hipe/
$ ls amd64 arm ppc sparc x86
amd64:
Makefile                 hipe_amd64_frame.erl     hipe_amd64_ra.erl           hipe_amd64_ra_postconditions.erl       hipe_amd64_sse2.erl
hipe_amd64_assemble.erl  hipe_amd64_liveness.erl  hipe_amd64_ra_finalise.erl  hipe_amd64_ra_sse2_postconditions.erl  hipe_amd64_subst.erl
hipe_amd64_defuse.erl    hipe_amd64_main.erl      hipe_amd64_ra_ls.erl        hipe_amd64_registers.erl               hipe_amd64_x87.erl
hipe_amd64_encode.erl    hipe_amd64_pp.erl        hipe_amd64_ra_naive.erl     hipe_amd64_spill_restore.erl           hipe_rtl_to_amd64.erl

arm:
Makefile      hipe_arm.hrl           hipe_arm_defuse.erl    hipe_arm_frame.erl         hipe_arm_pp.erl           hipe_arm_ra_ls.erl              hipe_arm_registers.erl
TODO          hipe_arm_assemble.erl  hipe_arm_encode.erl    hipe_arm_liveness_gpr.erl  hipe_arm_ra.erl           hipe_arm_ra_naive.erl           hipe_arm_subst.erl
hipe_arm.erl  hipe_arm_cfg.erl       hipe_arm_finalise.erl  hipe_arm_main.erl          hipe_arm_ra_finalise.erl  hipe_arm_ra_postconditions.erl  hipe_rtl_to_arm.erl

ppc:
Makefile               hipe_ppc_cfg.erl       hipe_ppc_frame.erl         hipe_ppc_main.erl         hipe_ppc_ra_ls.erl                 hipe_ppc_registers.erl
hipe_ppc.erl           hipe_ppc_defuse.erl    hipe_ppc_liveness_all.erl  hipe_ppc_pp.erl           hipe_ppc_ra_naive.erl              hipe_ppc_subst.erl
hipe_ppc.hrl           hipe_ppc_encode.erl    hipe_ppc_liveness_fpr.erl  hipe_ppc_ra.erl           hipe_ppc_ra_postconditions.erl     hipe_rtl_to_ppc.erl
hipe_ppc_assemble.erl  hipe_ppc_finalise.erl  hipe_ppc_liveness_gpr.erl  hipe_ppc_ra_finalise.erl  hipe_ppc_ra_postconditions_fp.erl

sparc:
Makefile                 hipe_sparc_cfg.erl       hipe_sparc_liveness_all.erl  hipe_sparc_ra.erl                 hipe_sparc_ra_postconditions_fp.erl
hipe_rtl_to_sparc.erl    hipe_sparc_defuse.erl    hipe_sparc_liveness_fpr.erl  hipe_sparc_ra_finalise.erl        hipe_sparc_registers.erl
hipe_sparc.erl           hipe_sparc_encode.erl    hipe_sparc_liveness_gpr.erl  hipe_sparc_ra_ls.erl              hipe_sparc_subst.erl
hipe_sparc.hrl           hipe_sparc_finalise.erl  hipe_sparc_main.erl          hipe_sparc_ra_naive.erl
hipe_sparc_assemble.erl  hipe_sparc_frame.erl     hipe_sparc_pp.erl            hipe_sparc_ra_postconditions.erl

x86:
Makefile     hipe_rtl_to_x86.erl    hipe_x86_cfg.erl     hipe_x86_frame.erl     hipe_x86_pp.erl           hipe_x86_ra_naive.erl           hipe_x86_subst.erl
NOTES.OPTIM  hipe_x86.erl           hipe_x86_defuse.erl  hipe_x86_liveness.erl  hipe_x86_ra.erl           hipe_x86_ra_postconditions.erl  hipe_x86_x87.erl
NOTES.RA     hipe_x86.hrl           hipe_x86_encode.erl  hipe_x86_main.erl      hipe_x86_ra_finalise.erl  hipe_x86_registers.erl
TODO         hipe_x86_assemble.erl  hipe_x86_encode.txt  hipe_x86_postpass.erl  hipe_x86_ra_ls.erl        hipe_x86_spill_restore.erl

$ ls erts/emulator/hipe/
TODO                hipe_amd64_primops.h  hipe_bif0.c       hipe_debug.c        hipe_module.h      hipe_ppc_glue.S     hipe_sparc_abi.txt    hipe_x86_abi.txt
elf64ppc.x          hipe_arch.h           hipe_bif0.h       hipe_debug.h        hipe_native_bif.c  hipe_ppc_glue.h     hipe_sparc_asm.m4     hipe_x86_asm.m4
hipe_abi.txt        hipe_arm.c            hipe_bif0.tab     hipe_gbif_list.h    hipe_native_bif.h  hipe_ppc_primops.h  hipe_sparc_bifs.m4    hipe_x86_bifs.m4
hipe_amd64.c        hipe_arm.h            hipe_bif1.c       hipe_gc.c           hipe_ops.tab       hipe_primops.h      hipe_sparc_gc.h       hipe_x86_gc.h
hipe_amd64.h        hipe_arm.tab          hipe_bif1.h       hipe_gc.h           hipe_ppc.c         hipe_process.h      hipe_sparc_glue.S     hipe_x86_glue.S
hipe_amd64.tab      hipe_arm_abi.txt      hipe_bif1.tab     hipe_instrs.tab     hipe_ppc.h         hipe_risc_gc.h      hipe_sparc_glue.h     hipe_x86_glue.h
hipe_amd64_abi.txt  hipe_arm_asm.m4       hipe_bif2.c       hipe_load.c         hipe_ppc.tab       hipe_risc_glue.h    hipe_sparc_primops.h  hipe_x86_primops.h
hipe_amd64_asm.m4   hipe_arm_bifs.m4      hipe_bif2.tab     hipe_load.h         hipe_ppc64.tab     hipe_risc_stack.c   hipe_stack.c          hipe_x86_signal.c
hipe_amd64_bifs.m4  hipe_arm_gc.h         hipe_bif64.c      hipe_mkliterals.c   hipe_ppc_abi.txt   hipe_signal.h       hipe_stack.h          hipe_x86_stack.c
hipe_amd64_gc.h     hipe_arm_glue.S       hipe_bif64.h      hipe_mode_switch.c  hipe_ppc_asm.m4    hipe_sparc.c        hipe_x86.c
hipe_amd64_glue.S   hipe_arm_glue.h       hipe_bif64.tab    hipe_mode_switch.h  hipe_ppc_bifs.m4   hipe_sparc.h        hipe_x86.h
hipe_amd64_glue.h   hipe_arm_primops.h    hipe_bif_list.m4  hipe_module.c       hipe_ppc_gc.h      hipe_sparc.tab      hipe_x86.tab

参考资料



2020年8月27日～9月2日 无锡

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