1、page 1龙芯软件生态建设page 11提纲提纲page 2一、自主信息化发展分析一、自主信息化发展分析二、龙芯基础软件生态建设二、龙芯基础软件生态建设三、开源社区与社区版操作系统三、开源社区与社区版操作系统page 2Page 2前所未有的自主信息化实践对国产软硬件系统进行了充分检验前所未有的自主信息化实践对国产软硬件系统进行了充分检验国产基础硬件平台国产基础硬件平台业务应用系统业务应用系统应用支撑平台应用支撑平台国产基础支撑平台国产基础支撑平台国产自主可控核心处理器：龙芯国产自主可控核心处理器：龙芯3 3号号CPUCPU数据迁移工具数据迁移工具数据同步工具数据同步工具构件库管理服务构件库
2、管理服务数据交换服务数据交换服务统一目录服务统一目录服务全文检索服务全文检索服务工作流管理服务工作流管理服务统一机构权限统一机构权限统一消息服务统一消息服务电子表单服务电子表单服务电子报表服务电子报表服务电子邮件服务电子邮件服务元数据管理服务元数据管理服务搜索引擎服务搜索引擎服务安全认证服务安全认证服务电电子子公公文文处处理理政政务务信信息息管管理理电电子子文文档档管管理理纸纸质质公公文文处处理理值值班班管管理理督督查查管管理理会会议议管管理理行行政政办办公公管管理理知知识识管管理理领领导导决决策策支支持持其其它它业业务务管管理理系统门户系统门户其它客户端其它客户端基于国产基于国产CPUCPU
3、的客户机、国产的客户机、国产LinuxLinux硬件：基于龙芯硬件：基于龙芯3 3号芯片的服务器，包括曙光、联想、长城、浪潮、宝德号芯片的服务器，包括曙光、联想、长城、浪潮、宝德国产办公软件：永中国产办公软件：永中officeoffice、中标普华、中标普华、WPSWPS国产数据库系统：武汉达梦、人大金仓、神舟通用国产数据库系统：武汉达梦、人大金仓、神舟通用国产中间件：金蝶、东方通、中创国产中间件：金蝶、东方通、中创国产操作系统：中科麒麟、红旗、方德国产操作系统：中科麒麟、红旗、方德单位单位服务器服务器客户端客户端中办中办工信部工信部龙芯、申威龙芯、申威龙芯龙芯电监会电监会龙芯龙芯龙芯龙芯中央
4、档案馆中央档案馆地方档案馆地方档案馆龙芯、飞腾龙芯、飞腾龙芯龙芯广东广东龙芯、飞腾龙芯、飞腾龙芯龙芯广州广州龙芯龙芯龙芯龙芯江西江西龙芯龙芯龙芯龙芯湖南湖南龙芯龙芯龙芯龙芯山东山东飞腾飞腾龙芯龙芯装指院装指院飞腾飞腾飞腾飞腾核高基党政军办公示范应用核高基党政军办公示范应用page 3Page 3自主信息化产业发展现状趋势自主信息化产业发展现状趋势p 形成了较为完整的产业链 CPU、OEM、整机、BIOS、OS、数据库、中间件、Office、集成商 各基础软硬件产品都有品牌厂商p 市场应用领域明确 党政军OA、BAOMI电脑、安全应用领域信息化 政策导向清晰、高层决心坚定、推进力度强劲p 国产基
5、础软硬件系统已经完成第一轮的螺旋迭代 功能问题已经基本解决，性能问题也即将解决 将逐步走向稳定持续发展的良性轨道p 迫切需要：围绕产业生态建设，推动国产系统持续健康发展Page 4自主信息化的人才与技术困境分析自主信息化的人才与技术困境分析p 人才困境人才困境：国内IT人才结构失衡结构失衡 大背景：国内庞大的IT产业建立在国外软硬件系统平台之上 应用开发型人才应用开发型人才充足，底层基础系统研发人才底层基础系统研发人才却极度匮乏国内有几十万JAVA程序员，过去几乎不具备JAVA核心技术JAVA虚拟机的研发能力国内从事浏览器应用的团队数以千计，过去几乎不掌握过浏览器底层JS引擎研发技术国内IT企
6、业极少参加系统相关标准制定，国内软件人才很少向国际开源社区贡献源码p 技术困境技术困境：围绕国产硬件平台的应用软件适配优化缺课严重缺课严重 国产软硬件系统的基础平台基础平台层面成熟度、稳定性有待完善 过去缺乏大规模的商业和实际应用，不用发现不了问题，更解决不了问题 上层应用上层应用系统自身设计不足的问题被X86平台超强的硬件性能掩盖掉 应用开发对X86架构形成惯性依赖，向国产平台移植后凸显性能瓶颈 架构设计、技术方案选型、参数适配调优等工作都基于国外X86架构展开p 针对国产系统慢的问题，需要拿出科学系统的解释 慢在哪儿？为什么慢？性能潜力？优化切入点？page 5page 5龙芯的对策龙芯的
7、对策p 组建龙芯开源社区，发布龙芯社区版操作系统Loongnix 以开放合作的社区模式组织国内厂商和龙芯爱好者参与软件生态建设 龙芯开源社区http:/www.loongnix.orgp 积极参与到国际开源软件社区的研发工作 在内核、媒体、编译器等方面积极参与国际开源软件研发工作 向重要开源软件贡献p 直接、免费、开放的发布重要的API环境软件 JAVA、浏览器、QT龙芯优化版Page 6提纲提纲page 7二、龙芯基础软件生态建设二、龙芯基础软件生态建设在主要技术领域形成突破在主要技术领域形成突破,极大改善国产平台软件生态极大改善国产平台软件生态page 7Page 7page 8基于软件栈
8、的基于软件栈的国产系统国产系统问题剖析问题剖析（3 3年前）年前）操作系统基础设施层面操作系统基础设施层面对国产硬件的架构优化对国产硬件的架构优化薄弱、特性支持匮乏薄弱、特性支持匮乏 JAVA中间件数据库办公软件在线应用桌面应用桌面应用服务器服务器APIAPI环境环境LinpackHadoop内核/驱动窗口图形系统浏览器X11/Gtk三维图形 视频媒体LAMP桌面桌面APIAPI环境环境服务器应用服务器应用操作系统基础设施操作系统基础设施重要重要APIAPI环境软件因缺乏环境软件因缺乏责任厂商，功能性能曾责任厂商，功能性能曾存在严重问题存在严重问题大型应用系统针对国大型应用系统针对国产架构的适
9、配调优环产架构的适配调优环节缺失节缺失基础C/C+库编译器基础图形库图像媒体库MPITomcatQTXlib/X111 1 国产操作系统基础设施亟需补课国产操作系统基础设施亟需补课p 操作系统基础设施：内核、编译器、基础库、图形窗口系统等 与系统硬件架构结合紧密，对整体系统性能具有至关重要的影响 需要与CPU硬件结构深度磨合，在算法/汇编等多层面进行代码优化 研发由国际主要CPU/系统厂商主导，国内OS厂商处于Follower的位置p 国产OS远远没有挖掘出国产CPU的硬件性能潜力，亟需补课 针对国产CPU的架构优化薄弱、特性支持匮乏，优化工作刚刚起步 经过优化后的执行效率远远高于原始普通实现
10、#if X86 SSE/三角函数等专用X86硬件指令#ELSE IF ARM Neon指令/GPU等加速接口#ELSE IF 龙芯C/C+高级语言实现#Endif对基础设施进行深度硬件适配调优后，性能常数量级倍优于原始版本page 9Page 92 2 重要的重要的APIAPI支撑软件需要责任厂商支撑软件需要责任厂商pAPI(Application Programming Interface)：应用程序编程接口 是应用程序构筑的基础平台环境，也是软件生态的核心与控制手段 服务器JAVA环境、安卓类JAVA开发环境、桌面QT图形、浏览器的JS引擎 发展趋势-平台开源化（近期微软.net架构开源）
11、p国产生态中，浏览器、QT、JAVA等没有责任厂商，出现严重问题JAVAJAVA桌面QT应用重要的重要的APIAPI环境软件环境软件浏览器Web应用应用软件与系统应用软件与系统操作系统基础设施（内核、基础库、服务设施）操作系统基础设施（内核、基础库、服务设施）硬件平台硬件平台&固件固件浏览器浏览器媒体编解码媒体编解码QTQT图形环境图形环境中间件Office办公数据库JAVA服务器应用page 10Page 10p 大型应用系统是最凸显国产系统性能瓶颈的场景 大型三维GIS应用、复杂在线办公软件网页p 大型应用系统技术状态分析 由成熟的X86系统发展而来 软件架构设计、技术选型、参数适配调优等
12、工作都基于X86架构展开 未在性能相对减弱国产系统上进行适配 软件设计不足的问题容易被X86平台超强的硬件性能掩盖掉p 适配调优能够显著改善国产系统的应用表现 三年前，攻关基地曾暴露的大量性能瓶颈 近期在神码、中软等基地，通过应用系统自身优化显著提高了应用性能 龙芯近两年来帮助应用开发单位进行系统优化，显著提升了应用性能3 3 大型应用系统的适配调优环节缺失大型应用系统的适配调优环节缺失page 11page 11优化技术手段优化技术手段p 1结合微体系结构特征的模块级算法优化技术结合处理器静态参数特点，对核心循环的算法设计进行结构优化充分考虑指令集特点、SIMD、指令窗口、发射宽度结合处理器
13、动态执行特征，采用汇编进行指令拍级的深度磨合调优最大限度发挥硬件性能潜力：流水线执行、指令调度延迟、功能与总线模块竞争p 2基于国产处理器结构的编译优化技术前后端优化：支持国产处理器指令集、Cache管理、发射宽度、调度延迟特点p 3利用国产多核处理器架构特点的并行与分布式优化软法架构设计和解决方案层面的并行与分布式优化技术p 4大型应用软件综合适配调优技术软件自身设计架构与流程算法的优化发掘出最优的系统配置参数和软件自身配置选项page 12page 12Page 12整机的效率优化案例整机的效率优化案例p 某数据库应用 HP的X86服务器需要50分钟，龙芯服务器优化前8小时，优化后80秒p
14、 某图形应用 X86 i7平台每秒40帧，龙芯平台优化前每秒不到1帧，优化后每秒80帧p 某指挥系统（GIS）应用 X86 i7平台每秒20帧，龙芯平台优化前每秒3帧，优化后每秒30帧Page 13国产国产CPUCPU软件生态现状软件生态现状-补课完成补课完成操作系统基础设施层面操作系统基础设施层面优化工作基本完善优化工作基本完善JAVA中间件数据服务办公软件在线应用桌面应用桌面应用服务器服务器APIAPI环境环境LinpackHadoop内核/驱动窗口图形系统浏览器X11/Gtk三维图形 视频媒体中间件桌面桌面APIAPI环境环境服务器应用服务器应用操作系统基础设施操作系统基础设施责任企业已
15、具备相应责任企业已具备相应技术能力，技术能力，APIAPI软软件产品逐步成熟件产品逐步成熟大型应用软件基本完大型应用软件基本完成对国产系统的适配成对国产系统的适配基础C/C+库编译器基础图形库图像媒体库MPI数据库QTXlib/X11page 1414领域领域1 1：操作系统基础设施（内核）：操作系统基础设施（内核）p多核负载均衡提高网络性能 在多核间轮转调度中断实现网络IO并行化 UDP带宽提升17%，TCP带宽提升56%p层次锁优化提高多核同步性能 按节点划分核的层次，分布式分层加锁，降低多核竞争开销 Unixbench系统调用性能大幅度提高page 1515媒体解码优化媒体解码优化p F
16、FMPEG解码：使用媒体指令等技术深度挖掘CPU软解码能力 FFMEPG设计累计接受龙芯优化patch共计31个，代码数量约8367行 3A能够流畅软解码H264/720P 3A1500及3B能够流畅软解码H264/1080Ppage 16Page 16基础数学库优化基础数学库优化p 优化手段：龙芯特有指令、内嵌汇编优化、编译选项搜索page 17Page 17领域领域2 2：基础图形系统：基础图形系统p 窗口图形系统 人机交互、各类桌面应用的基础支持框架，软件栈梳理的重点目标 当前Linux图形系统技术飞速发展，老旧技术被淘汰，新技术不断涌现 操作系统基础软件的老旧导致国产硬件系统的图形性能
17、被极大抑制p 龙芯平台窗口图形系统存在问题 各类图形相关的软件库的版本陈旧，功能性能都存在诸多不足 基础图形库的龙芯架构相关优化工作匮乏 来自显卡厂商的对龙芯平台的显示硬件驱动支持薄弱p 工作思路：三个层面开展优化工作 GPU驱动、基础图形库、图形环境应用适配page 18page 18Page 18基础图形系统分析基础图形系统分析针对过去国产平台图形系统共性问题，在三个层面开展优化工作针对过去国产平台图形系统共性问题，在三个层面开展优化工作page 19page 19情况：情况：GPUGPU驱动支持薄弱驱动支持薄弱对策：在对策：在GPUGPU驱动级深入分析驱动级深入分析瓶颈，进行改进瓶颈，进
18、行改进情况：基础图形库的平台架情况：基础图形库的平台架构相关的算法优化工作匮乏构相关的算法优化工作匮乏对策：定位瓶颈函数与操作对策：定位瓶颈函数与操作，开展汇编与算法优化，开展汇编与算法优化情况：情况：QTQT、OpenGLOpenGL等图形开等图形开发环境软件版本陈旧发环境软件版本陈旧对策：软件版本升级、适配对策：软件版本升级、适配调优，改进上层应用设计调优，改进上层应用设计19基于基于MesaMesa的三维驱动的三维驱动图形图形优化效果优化效果20示例示例1 1：osgCity.earthosgCity.earth国产平台：龙芯国产平台：龙芯3A 800Mhz+AMD54503A 800M
19、hz+AMD5450，分辨率，分辨率 1600 1600*900900实测性能：实测性能：帧率帧率49.28fps49.28fps，Vertices 402357Vertices 402357Page 21示例示例2:ocean.earth2:ocean.earth国产平台：龙芯国产平台：龙芯3A 800Mhz+AMD54503A 800Mhz+AMD5450，分辨率，分辨率 1600 1600*900900实测性能：实测性能：50fps50fps，Vertices 53757Vertices 53757Page 22示例示例3 3：二维矢量地图：二维矢量地图mapbox-glmapbox-g
20、l国产平台：龙芯国产平台：龙芯3A 800Mhz+AMD54503A 800Mhz+AMD5450，分辨率，分辨率 1600 1600*900900实测性能：实测性能：采用采用GPU OpenGLGPU OpenGL基础驱动库优化基础驱动库优化,性能从性能从3fps3fps提高到提高到40fps40fpsPage 23示例示例4 4：龙芯版：龙芯版QTQTp 龙芯版QT的raster引擎优化 raster引擎在内存中进行数据渲染，可有效地减少内存与显存数据交互 龙芯QT4.8进一步优化了raster引擎，相对QT4.7，渲染效率更高、功能更强大p 案例：某2D应用使用X引擎时测试程序需要6秒才
21、能完成渲染，更换为高版本QT库的raster引擎后性能达到1.6秒，性能提升4倍Page 2425领域领域3 3：JavaJavapage 25时间时间功能功能性能性能稳定性稳定性2011.6核高基示范应用启动核高基示范应用启动2012.3完成完成OpenJDK mips64位移植（模板解释器，位移植（模板解释器，Client JIT）2012.7大量试点系统大量试点系统完成功能磨合完成功能磨合大量细节优化大量细节优化2012.12完成完成Server JIT移植移植2013.6两个产品版本：两个产品版本：OpenJDK6/8两种应用模式：两种应用模式：64位服务器模式位服务器模式32位桌面客
22、户端模式位桌面客户端模式完成完成NUMA优化优化内测内测7*24稳定稳定2013.7完成负载均衡优化完成负载均衡优化7*24稳定稳定2013.8SpecJVM：性能大幅度提升性能大幅度提升超过超过4个月个月未报告新问题未报告新问题2013.12两年优化：两年优化：性能总计提升性能总计提升1倍倍12个试点正常运行个试点正常运行反馈问题全部解决反馈问题全部解决2014.12完成完成JDK8产品化产品化综合性能提升综合性能提升14%7天天*24小时压力测小时压力测试试2526龙芯公司开发龙芯公司开发JAVAJAVA虚拟机代码规模对比虚拟机代码规模对比源码量（万行）源码量（万行）开发语言开发语言维护者
23、维护者共性代码59万行C+高级语言OpenJDK社区X86架构相关代码9.8万行X86汇编为主Intel公司雇员Sparc架构相关代码5.5万行Sparc汇编为主Oracle公司雇员龙芯架构相关代码8.4万行MIPS汇编为主龙芯公司JAVA团队近来，接到的问题集中在共近来，接到的问题集中在共性代码部分性代码部分早期问题集中在龙芯早期问题集中在龙芯架构相关代码部分架构相关代码部分累计已解决累计已解决8个在个在X86平台同平台同样存在的样存在的JAVA共性问题共性问题26自主软硬件生态建设自主软硬件生态建设龙芯硬件平台龙芯硬件平台操作系统操作系统龙芯龙芯CentOS中标中标OS方德方德OS中间件中
24、间件Tomcat东方通东方通中创中创金蝶金蝶数据库数据库MySQL达梦达梦人大金仓人大金仓神通神通广东信息厅广东信息厅天津数字档案馆天津数字档案馆工信部工信部OA系统系统Open Office中标普华中标普华金山金山WPS永中永中Office龙芯龙芯Java虚拟机虚拟机试点系统试点系统办公软件办公软件page 2727领域领域4 4：浏览器现状浏览器现状p 支持两大开源浏览器Chrome和Firefox主流最新版本 Chrome31（推荐）、Firefox24（推荐）、Firefox17 Fedora13系统、中标麒麟系统p 具备较为完善的JSWebGLHTML5插件等环境功能功能项功能项版本
25、版本Chrome31Firefox24Firefox17WebGLYESYESNOHTML5YESYESPARTIALFlash播放播放YESYESYES插件支持插件支持YESYESYESProfile调试与分析调试与分析YESYESNESJS/JITYESYESYESpage 28Page 28HMLT5/FlashHMLT5/Flash在线视频播放在线视频播放ProfilerProfiler性能分析平台性能分析平台HTML5HTML5测试分值测试分值page 2929浏览器浏览器WebGL应用场景应用场景GIS应用：应用：大型大型3D webGL应用应用服务器端：服务器端：通过通过node
26、.js驱动驱动终端：终端：通过浏览器启动通过浏览器启动 webGL交互，支持交互，支持 独立显卡独立显卡30浏览器浏览器WebRTC应用场景应用场景视频会议示例：视频会议示例：webRTC测试应用测试应用功能：功能：支持多人视频会议等支持多人视频会议等 复杂语音视频应用复杂语音视频应用31浏览器浏览器office办公办公Office办公示例：办公示例：office办公测试应用办公测试应用功能：功能：支持在浏览器中启用支持在浏览器中启用 插件进行文档的操作插件进行文档的操作32功能对比：功能对比：HTML5HTML5测试测试page 33Page 33浏览器开源社区集成龙芯提交代码截屏图浏览器开
27、源社区集成龙芯提交代码截屏图龙芯公司是龙芯公司是Chrome社区的社区的14家主要成员厂商之一家主要成员厂商之一仅仅2014年上半年，龙芯公司就向浏览器社区贡献了年上半年，龙芯公司就向浏览器社区贡献了4万行源码万行源码page 3434附：附：ChromeChrome浏览器浏览器V8V8社区参与成员厂商列表社区参与成员厂商列表 1 Google Inc.2 Sigma Designs Inc.3 ARM Ltd.4 Hewlett-Packard Development Company 5 Igalia,S.L.6 Joyent,Inc.7 Bloomberg Finance L.P.8 NV
28、IDIA Corporation 9 BlackBerry Limited 10 Opera Software ASA 11 Intel Corporation 12 MIPS Technologies,Inc.13 Imagination Technologies,LLC 14 Loongson Technology Corporation,LimitedPage 35VxworksVxworks支持情况支持情况系统系统vxWorks 6.8vxWorks 6.7vxWorks 5.51A支持支持不支持1E支持支持不支持1E1F支持支持不支持2F不支持不支持支持2H支持支持不支持2J2I55
29、36支持支持不支持2J1A支持支持不支持3A780支持支持不支持3A2H支持支持不支持36Vxworks Vxworks 二维图形支持二维图形支持p 针对龙芯CPU集成显卡的驱动（2H、1A）在显卡数据通路、控制通路、CPU与GPU同步等方面做过深入优化p 针对龙芯CPU外接的AMD显卡（ATI RS780、HD5X、HD6X）移植EXA、libdrm、DRM等GPU驱动，优化显存分配和硬件光标p 针对控制类应用外接的嵌入式显卡(如SIS315显卡）增加了基于winML的2D加速接口，包括BLIT、FILL、DRAW等p 实现了windML图形库的汉字支持 优化了windML图形库的JPEG、
30、PNG库 实现了windML库的整体模块化和动态加载功能Page 37龙芯龙芯vxworksvxworks系统对三维系统对三维OpenGLOpenGL的支持的支持p 过去vxWorks平台上的商业openGL驱动存在以下问题：价格昂贵，只能支持有限几种显卡，可移植性差，版本老旧p 龙芯平台openGL 3D驱动的移植适配和优化方案：龙芯龙芯vxWorks平台支持的显卡平台支持的显卡ATI HD3XATI HD4XATI HD5XATI HD6XM9M96E8860openGLopenGLESPage 38 龙芯龙芯vxworksvxworks平台对开源版平台对开源版QTQT的支持的支持p 背景
31、：国际嵌入式平台的GUI开发环境存在价格昂贵、功能不足、资料匮乏等问题 仅有intel的telcon、miniGUI、商业版QT等可供选择，存在组多相似问题p 目的：在龙芯平台上发布开源版QT，降低用户成本、降低用户GUI应用开发难度龙芯龙芯vxworks平台平台QT渲染后端支持渲染后端支持QT4.8.3QT4.8.5QT4.8.6QT5.XwindML后端FrameBuffer后端openGLES后端Page 39“We looked at the entire system and“We looked at the entire system and refinedrefined it i
32、t app app by app,feature by feature,pixel by pixelby app,feature by feature,pixel by pixel.”.”他山之石：苹果公司研发操作系统的理念他山之石：苹果公司研发操作系统的理念page 4040提纲提纲page 41三、龙芯开源社区与三、龙芯开源社区与LoongnixLoongnix操作系统操作系统page 41Page 41龙芯开源社区龙芯开源社区p 宗旨：开源、开放、合作、共享 欢迎广大厂商机构和个人爱好者参与p 产品：龙芯社区版Linux操作系统Loongnix 所有软件开源、免费下载Page 42Loo
33、ngnixLoongnix社区版操作系统特性社区版操作系统特性p 64位系统，支持Multilib系统（兼容32位应用程序）基于FC21，是迄今为止最完整的mips版操作系统，提供海量软件仓库。p 大量的开发、调试工具，多种开发语言的支持 c，c+，objc，obj-c+，fortran，gcc-go等；各种脚本语言的支持：Python、Perl、PHP、Ruby、Nodejs等；p 各种服务及数据库类软件 Apache、Mariadb（mysql）、Sqlitep 云支撑软件 OpenStack、Docker、kernel 4.1等；p Linux 常用办公软件：Libreoffice、Fi
34、refox 40浏览器、p 集成基于龙芯优化的图形库、视频解码、Java等基础软件。p 多种桌面自由选择：Gnome3、KDE4、XFCE、Openbox等等；Page 43社区百科社区百科Page 44社区论坛社区论坛p 域名bbs.loongnix.org；用户可以自由注册Page 45BugBug反馈系统反馈系统p 域名bugs.loongnix.org；用户可以自由注册，也可匿名直接提交BugPage 46邮件列表系统邮件列表系统p 域名lists.loongnix.org；用户可以自由提交申请；接受新版本发布信息；并直接参与开源项目讨论Page 47开发参与：代码提交与审核开发参与：代码提交与审核Page 48谢谢，请指正！page 49page 4949
