Doris开发手记5：一场链接引发“吊诡”的性能问题
近期正在对 Doris 的性能问题展开排查，发现了一个极为“吊诡”的函数执行性能问题。经过一系列的CPU热点代码分析之后，发现“罪魁祸首”居然是
libtoolchain中的静态库导致的。借用本篇手记记录下问题的发现，希望记录下一些对于C/C++程序链接问题的分析思路，也希望读者也能有所收获。
1.奇怪的性能问题
最近发现了一个奇怪的性能问题，Doris的cos函数居然比sin函数快了有百倍之多。
sin函数的性能：
sin函数性能
cos函数的性能：
cos函数性能
于是实际分析了一下现有Doris的函数实现代码，发现无论是cos和sin都是调用了cmath的标准的std的函数，能有这么大的差距确实让人匪夷所思。
通过Perf工具来分析一下函数的CPU占用情况，来进一步分析是哪里出了问题？
奇怪的调用
通过汇编发现了这里的猫腻，果不其然，两个函数生成的汇编函数调用有着明显的区别：
-
sin函数
sin函数的汇编调用
乍看之下，就是一个正常的函数跳转调用的过程，并无不妥之处。而真相藏在下面cos函数的调用汇编里。
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cos函数
cos函数的汇编调用
在这里发现和上面
sin函数调用的一个小区别，变成了callq cos@plt, 这里多出了@plt的标识是Procedure Linkage Table（过程链接表，简称PLT）。即每个在程序中被调用的外部函数在PLT中都有一个对应的条目。当程序首次调用某个共享库函数时，PLT会负责解析该函数的实际地址（如果尚未解析），然后通过跳转到该实际地址来执行函数。那就说明cos函数是动态链接调用的，而sin函数却是静态链接进来的。
分析：Doris的代码或链接库应该在某处实现了一个低效率的sin函数，奇怪的静态链接进来了，从而没有调用到真正libm.so里应该被动态链接的sin函数。 （可恶的C语言，函数没有命名空间和重载，链接问题解决起来简直是....）由于libm的标准库是基于平台且高度优化的，sin出现性能差也就不足为奇了。
2.验证想法，解决性能问题
好的，既然有了怀疑问题的点了，那么就开始研究解决方案。那这里的思路也很简单，既然cos函数是动态链接的，那莫不如笔者也强行动态链接一把，利用dlopen找到需要的sin函数来验证性能。
2.1 dlopen与dlsym
dlopen是POSIX标准库中的一个函数，用于在运行时动态地加载共享函数库。它是动态链接机制的一部分，允许程序在执行过程中根据需要加载库，而不是在编译时静态链接所有依赖的库。这对于模块化编程、插件系统、减少内存占用、以及在不重新编译整个程序的情况下更新库等功能非常有用。
void* dlopen(const char* filename, int flags);
而dlsym 用于在运行时从已打开的动态链接库中查找并获取符号（比如函数）的地址。
void* dlsym(void* handle, const char* symbol);
通过二者的配合，我们可以打开一个动态链接库，并通过函数名提取对应的函数，这样就能够绕开静态链接的sin，调用到笔者期待的libm.so提供的sin函数了。
2.2 代码开发
思路是最难的，写代码永远是最简单的。直接上笔者修改Doris的代码吧：
struct UnaryFunctionPlainSin {
using Type = DataTypeFloat64;
static constexpr auto name = "sin";
using FuncType = double (*)(double);
static FuncType get_sin_func() {
void* handle = dlopen("libm.so.6", RTLD_LAZY);
if (handle) {
if (auto sin_func = (double (*)(double))dlsym(handle, "sin"); sin_func) {
return sin_func;
}
dlclose(handle);
}
return std::sin;
}
static void execute(const double* src, double* dst) {
static auto sin_func = get_sin_func();
*dst = sin_func(*src);
}
};
代码很简单，简单解释一下就好：这里通过dlopen 打开libm.so的动态库, 并且用dlsym获取了对应sin函数的函数指针。那么后续直接用sin_func这个函数指针就可以调用到libm.so里的sin函数了。
果然，药到病除，Doris的性能再次起飞~~~
sin函数性能已经恢复正常
3. 刨根问底，发现链接之处
通过上一小节对代码性能的验证，进一步实锤了笔者的怀疑。那么接下来需要逮捕这个奇怪的sin函数的源头，究竟是从哪里链接进来的呢？
通过traceing 链接器的链接结果，发现了sin函数定位在了ldb_toolchain提供的静态库里glibc-compatibility.a
找到引入的静态库
于是在鸟哥的帮助之下， 找到了引入了sin函数commit，看起来musl库引入了sin函数的符号在链接顺序上提前链接在libm.so的sin函数上，导致出现这次的性能乌龙。而后续ldb_toolchain剔除对应的数学库在glibc-compatibility.a上的实现，则能够彻底解决该问题。
image
碎碎念：幸好当时没顺手实现cos，否则笔者的问题定位起来会更加的扑朔迷离。
4.小结
Bingo！ 到此为止，问题顺利解决，又可以重新体验Doris的丝滑极速了。
本文特别鸣谢社区小伙伴：
- @JackDrogon的指点分析
- @amosbird的协助排查和耐心指点，感恩@amosbird提供了丝滑的
ldb toolchain工具, 它给了Doris最友好的编译体验。
最后，也希望大家多多支持Apache Doris，多多给Doris贡献代码，感谢~~
