软件发布前的优化与裁剪：gflags和glog

2023年3月20日 358次阅读 来源: 按时计划

因为最早期的框架如Caffe，先支持了X86平台如CUDA等，在设计之初并未考虑现如今的移动端场景，能怎样简化开发流程，有什么现成的库就拿来用。这也导致早期安装Caffe时，由于一堆依赖需要预先安装，相当费劲。

后来有了移动端的推理需要，Github上便有人对Caffe进行裁剪，比方下面这两个项目：sh1r0/caffe-android-lib: Porting caffe to android platform 和 solrex/caffe-mobile: Optimized (for size and speed) Caffe lib。

2017年中，看到过百度的手百团队
《利用CNN实现无需联网的图像识别》的移动端IOS和安卓的AI报告，针对移动端内存、耗电量、图搜插件100KB大小限制、模型10MB大小限制、模型部署加密等问题，提出并落地了相关解决方案。 不过早期的思路，便是精简Caffe，比方做的工作就有：blas从openblas切换到cblas；裁剪glog；精简gflag;裁剪protobuf；移除backpropagation；并保留常见Operator，并对部分模块Blob，Net等进一步精简，Caffe原本37MB降为100KB大小。

移动端本身就够复杂了，因而有简化甚至是移除这些依赖库的要求，甚至为此开发新的框架。接上次发的《软件发布前的优化与裁剪：初识》，上次讲到我们可以在cmake ..后追加--graphviz=这个参数来打印编译的target依赖，以此作为裁剪的参考，还有strip命令等。这次记录下裁剪、移除gflags和glog等库的具体实践和想法。目录如下：

  1. 简化glog
  2. 移除gflags
  3. 裁剪protobuf
  4. CMAKE中的CMAKE_BUILD_TYPE
    1. CMAKE_BUILD_TYPE的设置方式
    2. CMAKE_BUILD_TYPE的四种模式

1. 简化glog

考虑到移动端对动态、静态库的轻量要求，比方ncnn-andorid-armv8静态库仅1.9MB，裁剪glog。其实说裁剪并不准确，实际中重新实现了有如下功能的logging：

# 支持的函数：其实就是用到的glog中的函数（等效实现）
CHECK
CHECK_EQ
CHECK_NE
CHECK_LT
CHECK_LE
CHECK_GT
CHECK_GE

LOG(INFO)
LOG(WARNING)
LOG(ERROR)
LOG(FATAL)

VLOG(0~9): enable by `export GLOG_v=<GLOG_v_number>` in command line.

该logging支持和glog一样的NDEBUG的宏，来关闭所有检查和日志打印。在实现过程中，也发现交叉编译NDK工具提供的库对std::cerr、std::cout的功能支持并不完全（出现segfault），所以转而使用fprintf(stderr)来代替。

轻量级的logging实现基于宏函数和C++类，举个LOG(INFO)的例子：

#define LOG(status) LOG_##status.stream() #define LOG_ERROR LOG_INFO #define LOG_INFO LogMessage(__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, "I") 
class LogMessage {
 public:
  LogMessage(const char* file, const char* func,
             int lineno, const char* level="I")  {
    gen_log(log_stream_, file, func, lineno, level);
  }

  ~LogMessage() {
    log_stream_ << '\n';
    fprintf(stderr, "%s", log_stream_.str().c_str());
  }

  std::ostream& stream() { return log_stream_; }

 protected:
  std::stringstream log_stream_;
  LogMessage(const LogMessage&) = delete;
  void operator=(const LogMessage&) = delete;
};

上面代码省略了gen_log函数的实现，感兴趣可以去看我分拆出的例子logging: A light-weight C++ logging for mobile.。

裁剪完成后再通过cmake .. --graphviz=./target命令查看依赖关系是否去除了glog，新的logging是否在。

后来想想，为了极致性能，还可以这样写：

#include <iostream> 
#define LOG(DEBUG, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__) \   if (DEBUG) \
    fprintf(stderr, "%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); \
  else \
    ;

int main(int argc, char** argv) {
  int DEBUG = 1; // 控制打印是否生效   LOG(DEBUG, __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
  return 0;
}

2. 移除gflags

我发现项目中，有使用gflags的方法有：

DEFINE_string
DEFINE_bool
DEFINE_int32

DECLARE_string
DECLARE_bool
DECALRE_int32

gflags::ParseCommandLineFlags

其实就两类吧，上面几个都好实现。瞎写了下面的实现方式:

#include <string> #include <iostream> 
#define DEFINE_string(var, default_val, note) static const std::string FLAGS_##var(default_val) #define DEFINE_bool(var, default_val, note) static const bool FLAGS_##var(default_val) #define DEFINE_int32(var, default_val, note) static const int32_t FLAGS_##var(default_val) 
#define DECALRE_string(var) static std::string FLAGS_##var #define DECALRE_bool(var) static bool FLAGS_##var #define DECALRE_int32(var) static int32_t FLAGS_##var 
int main(void) {
  DEFINE_string(model_name, "123", "model name");
  std::cout << "=== DEFINE_string ===" << std::endl;
  std::cout << "model_name:" << FLAGS_model_name << std::endl;
  return 0;
}

但就是gflags::ParseCommandLineFlags这个不太好搞，我看了下有类似的C++命令行参数解析的如getopt：C/C++ 命令解析：getopt 方法详解和使用示例。但getopt的实现出来的和gflags::ParseCommandLineFlags这种还是不同，gflags是一开始用如DEFINE_string，定义好了全局的变量，之后命令行传参。命令行的参数的名称（不是值）和一开始DEFINE_string的变量名要匹配，这个不知道怎么实现，不过可以直接通过如argv[0]、argv[1]来传给DEFINE_string定义的全局变量，这样就简单多了（或者是结合getopt）。

但是后来根据打印出来的依赖图发现，这些gflags的方法只有在单元测试中才有。所以不用管gflags的裁剪问题了。此外，我也看了ncnn、mnn、mace是否使用了gflags，发现他们即使有使用也是在benchmark、test、example中有使用。

3. 裁剪protobuf

这里我没有实际去做，据说是对将protobuf的实现摘出来。不过，这里记录下TensorFlow和Paddle-mobile的做法。

TensorFlow Lite使用的是FlatBuffers，在其文档中有提到：

TensorFlow Lite的解释器（Interpreter）使用的是压缩后的FlatBufferModel用于推理。其中，
FlatBuffers是一个跨平台、高效、开源的序列化库，类似
protocol buffers，但前者特点在其访问数据前不需要做解析或解压缩（parsing/unpacking）的步骤，避免了内存分配。

转换器（Convertor）的作用是将TensorFlow常见的四种格式（
SaveModels、
freeze_graph.py生成的Frozen
GraphDef、tf.keras HDF5 models、tf.Session TF-Python-API generated）的模型转换成Lite的FlatBuffer格式
.tflite。

Paddle-Mobile是将protobuf的库进行裁剪，只留下两个文件protobuf-c.h和protobuf-c.c，位于其项目根目录的src/protobuf-c/路径下。

4. CMAKE中的CMAKE_BUILD_TYPE

上次在我们《软件发布前的优化与裁剪：初识》这篇文章中，提到命令strip，以及对应的gcc中的-s参数，和cmake设置（这个也要提前手动设置好strip命令，见一篇文章中的CMake小节）。

这两天发现CMAKE_BUILD_TYPE其实也可以做到裁剪库，根据CMake最新的文档对CMAKE_BUILD_TYPE的介绍：

CMAKE_BUILD_TYPE选项用来指定单个配置生成器（single-configuration generators）如
Makefile生成器或
Ninja生成器的构建类型，多配置生成器（multi-configuration generators）的构建类型是不行的。设定后，会静态地在构建树（build tree）中，按照指定的构建类型构建。

CMAKE_BUILD_TYPE的可能取值：空、
Debug、
Release、
RelWithDebInfo、
MinSizeRel；

每个属性和变量都是配对的，即
SOME_VAR_<CONFIG>这样的形式，比方
CMAKE_C_FLAGS_<CONFIG>，指定为大写形式，即
CMAKE_C_FLAGS_[DEBUG | RELEASE | RELWITHDEBINFO | MINISIZEREL | ...]。其中，比方
CMAKE_BUILD_TYPE选的是
Debug模式，那么对应在编译C语言时，编译选项就会根据
CMAKE_C_FLAGS_DEBUG来编译。

4.1 CMAKE_BUILD_TYPE的设置方式

设置CMAKE_BUILD_TYPE的方法，可以通过命令行的cmake命令设置，也可通过CMakeLists.txt指定。

# 方式一：命令行设置CMAKE_BUILD_TYPE
$ mkdir Release  
$ cd Release  
$ cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ..  
$ make 

# 方式二：在`CMakeLists.txt`里设定
SET(CMAKE_BUILD_TYPE "Debug”)
# 或
SET(CMAKE_BUILD_TYPE "Release")

4.2 CMAKE_BUILD_TYPE的四种模式

CSDN一篇博客《Visual Studio之RelWithDebInfo模式，“被忽视”的编译模式》讲到：在Visual Studio的编译模式选项中，一般有四个模式：Debug、Release、RelWithDebInfo、MinSizeRel。

  • Debug版本是调试版本，对代码不做任何优化，可以debug项目中的任意文件；
  • Release版本是发行版本，顾名思义就是当程序开发完成后，程序的一个发布版，它对代码做了优化，因此速度会非常快，但是遗憾的是，release版本无法跟踪代码。

StackoverFlow上有个问题：cmake – What are CMAKE_BUILD_TYPE: Debug, Release, RelWithDebInfo and MinSizeRel? – Stack Overflow进一步解释了，Debug版本为了追求更全面的调试信息而放弃了速度，而Release版本为了追求性能优化而抛弃了调试信息。若既需要调试代码（具有调试debugging用的符号文件），又希望加快速度，RelWithDebInfo这个版本就满足。

MinSizeRel版本与Release版本一样，只是该版本进一步优化了体积，并最大化了代码优化级别。

在生产环节中的构建，我们会选择Release版本。此外，最常用的两个选项一直都是Release和Debug。

参考：

    原文作者：按时计划
    原文地址: https://zhuanlan.zhihu.com/p/73592450
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