【海外記事紹介】LinuxにおけるC/POSIX標準ライブラリの実装を比較したページが公開され海外で話題に

5月11日、Linux向けオープンソースプロジェクトEta Labsが「Comparison of C/POSIX standard library implementations for Linux」と題した記事を公開した。この記事では、LinuxにおけるC/POSIX標準ライブラリの実装の比較について詳しく紹介されている。

image.png

このページは、Linux上で利用可能なさまざまな標準ライブラリの実装を比較したものである。著者は比較対象の一つであるmuslの開発者であり、比較対象の選別や結果に偏りが生じている可能性があるが、筆者自身もそれを認めていることから、一定の公平性は保たれていると言えるだろう。今後、この比較には詳細なパフォーマンスベンチマークと、GoogleのBionicや他のBSD libcポートなど、さらなるライブラリの実装が追加される予定である。

以下に、その内容を抜粋して紹介する。詳細な内容については原文を参照していただきたい。

ライブラリ利用時のファイルサイズ比較

以下の表では、musl、uClibc、dietlibc、glibcの4つのライブラリに関して、各種ファイルセットのサイズや静的および動的オーバーヘッドを比較している。いずれも、muslが良好な結果を示している。

ファイルサイズの膨張度合い比較	musl	uClibc	dietlibc	glibc
完全な.aセット	426k	500k	120k	2.0M †
完全な.soセット	527k	560k	185k	7.9M †
最小の静的Cプログラム	1.8k	5k	0.2k	662k
静的hello（printf使用）	13k	70k	6k	662k
動的オーバーヘッド（最小のダーティ）	20k	40k	40k	48k
静的オーバーヘッド（最小のダーティ）	8k	12k	8k	28k
静的stdioオーバーヘッド（最小のダーティ）	8k	24k	16k	36k
設定可能な機能セット	no	yes	最小限	最小限

リソース枯渇時の挙動

リソースが極端に少ない場合における挙動の比較では、各ライブラリのリソース不足時の処理が示されている。以下の表では、リソース枯渇時の挙動をまとめている。

リソース枯渇時の挙動	musl	uClibc	dietlibc	glibc
スレッドローカルストレージ	失敗報告	異常終了	対応なし	異常終了
SIGEV_THREADタイマー	失敗なし	対応なし	対応なし	オーバーランを失う
pthread_cancel	失敗なし	異常終了	対応なし	異常終了
regcompとregexec	失敗報告	クラッシュ	失敗報告	クラッシュ
fnmatch	失敗なし	不明	失敗なし	失敗報告
printfファミリー	失敗なし	失敗なし	失敗なし	失敗報告
strtolファミリー	失敗なし	失敗なし	class="best"失敗なし	失敗なし

パフォーマンス比較

以下の表は、各ライブラリのパフォーマンスを測定した結果を示している。特に、muslは小規模なメモリアロケーションの処理が非常に高速である一方、glibcは最も遅いことがわかる。

パフォーマンス比較	musl	uClibc	dietlibc	glibc
小規模メモリアロケーション	0.005	0.004	0.013	0.002
大規模メモリアロケーション	0.027	0.018	0.023	0.016
メモリアロケーションの競合（ローカル）	0.048	0.134	0.393	0.041
メモリアロケーションの競合（共有）	0.050	0.132	0.394	0.062
ゼロフィル（memset）	0.023	0.048	0.055	0.012
文字列長（strlen）	0.081	0.098	0.161	0.048
バイト検索（strchr）	0.142	0.243	0.198	0.028
部分文字列（strstr）	0.057	1.273	1.030	0.088
スレッド作成・結合	0.248	0.126	45.761	0.142
ミューテックスロック/アンロック	0.042	0.055	0.785	0.046
UTF-8デコード（buffered）	0.073	0.140	0.257	0.351
UTF-8デコード（byte-by-byte）	0.153	0.395	0.236	0.563
Stdio putc/getc	0.270	0.808	7.791	0.497
Stdio putc/getc ロックなし	0.200	0.282	0.269	0.144
正規表現のコンパイル	0.058	0.041	0.014	0.039
正規表現の検索（a{25}b）	0.188	0.188	0.967	0.137
Self-exec（静的リンク）	234µs	245µs	272µs	457µs
Self-exec（動的リンク）	446µs	590µs	675µs	864µs

ABIおよびバージョニングの比較

ABIおよびバージョニングに関する比較では、muslが最も安定したABIを提供しており、古いバージョンのライブラリとの互換性を維持しつつ、前方互換性も確保している。一方で、glibcはバージョン管理に関して問題が多く、互換性に課題がある。

ABIおよびバージョニング比較	musl	uClibc	dietlibc	glibc
安定したABI	はい	いいえ	非公式	はい
LSB互換ABI	不完全	いいえ	いいえ	はい
後方互換性	はい	いいえ	非公式	はい
前方互換性	はい	いいえ	非公式	いいえ
原子単位でのアップグレード	はい	いいえ	いいえ	いいえ
シンボルバージョニング	いいえ	いいえ	いいえ	はい

セキュリティ/ハードニング比較

セキュリティおよびハードニングについては、muslがリソースを効率的に使用し、過剰なメモリ消費を避けつつ、堅牢なセキュリティを提供していることが強調されている。glibcはセキュリティに過剰に対応し、メモリ消費が多くなる傾向がある。

セキュリティ/ハードニング比較	musl	uClibc	dietlibc	glibc
角ケースへの対応	はい	はい	いいえ	過剰なmalloc使用
安全なUTF-8デコーダー	はい	はい	いいえ	はい
超線形の大きさの回避	はい	時々	いいえ	はい
スタック破壊保護	はい	はい	いいえ	はい
ヒープ破損検出	はい	いいえ	いいえ	はい

完全な一覧はComparison of C/POSIX standard library implementations for Linuxを参照していただきたい。