Читаем Linux API. Исчерпывающее руководство полностью

Данные в табл. 13.1 относятся к целому ряду факторов: к времени выполнения системных вызовов read() и write(), времени переноса данных между буферами в пространстве памяти ядра и в пространстве пользовательской памяти, времени переноса данных между буферами ядра и диском. Давайте дополнительно рассмотрим последний фактор. Вполне очевидно, что перенос содержимого файла с вводимыми данными в буферную кэш-память неизбежен. Но мы уже видели, что возвращение из write() происходит сразу же после переноса данных из пользовательского пространства в буферную кэш-память ядра. Поскольку размер оперативной памяти в системе, используемой для тестирования (4 Гбайт), существенно превышает размер копируемого файла (100 Мбайт), можно предположить, что ко времени завершения работы программы файл с выводимыми данными фактически не будет записан на диск. Поэтому в качестве дальнейшего эксперимента мы запускаем программу, которая просто записывает произвольные данные в файл, используя различные размеры буферов write(). Результаты приведены в табл. 13.2.

Данные из табл. 13.2 также получены при использовании ядра версии 2.6.30 в файловой системе ext2 с размером блока 4096 байт. В каждой строке показаны усредненные значения после 20 запусков. Тестовая программа (filebuff/write_bytes.c) не приводится, но она доступна в исходном коде для этой книги.

Таблица 13.2. Время, требуемое для записи файла длиной 100 миллионов байт

_{Размер BUF_SIZE}

_{Время (в секундах)}

_{Затрачиваемое}

_{Задействования центрального процессора}

_Общее

_{Пользователем}

_{Системой}

₁

₂

₄

₈

₁₆

₃₂

₆₄

₁₂₈

₂₅₆

₅₁₂

₁₀₂₄

_72,13

_36,19

_20,01

_9,35

_4,70

_2,39

_1,24

_0,67

_0,38

_0,24

_0,17

_72,11

_36,17

_19,99

_9,32

_4,68

_2,39

_1,24

_0,67

_0,38

_0,24

_0,17

_5,00

_2,47

_1,26

_0,62

_0,31

_0,16

_0,07

_0,04

_0,02

_0,01

_0,01

_67,11

_33,70

_18,73

_8,70

_4,37

_2,23

_1,16

_0,63

_0,36

_0,23

_0,16

₄₀₉₆

_16 384

_65 536

_0,11

_0,10

_0,09

_0,11

_0,10

_0,09

_0,00

_0,00

_0,00

_0,11

_0,10

_0,09

В табл. 13.2 показывается расход времени на совершение системных вызовов write() и на перенос данных из пространства пользователя в буферную кэш-память ядра с использованием различных размеров буферов для write(). Для бóльших размеров буфера заметна существенная разница с данными, показанными в табл. 13.1. Например, при размере буфера 65 536 байт затрачиваемое время в табл. 13.1 составляет 2,06 секунды, а в табл. 13.2 это же время равно 0,09 секунды. Дело в том, что в последнем случае дисковый ввод-вывод фактически не выполняется. Иными словами, основная часть времени в строках, соответствующих большим размерам буфера в табл. 13.1, затрачивается на считывание данных с диска.

Как будет показано в разделе 13.3, когда операции вывода намеренно блокируются до тех пор, пока данные не будут перенесены на диск, время, затрачиваемое на вызовы write(), существенно возрастает.

И наконец, стоит заметить, что представленные в табл. 13.2 данные (и последующая информация в табл. 13.3) являются всего лишь результатом одного (достаточно примитивного) теста производительности файловой системы. Кроме того, результаты в разных файловых системах будут, по всей видимости, варьироваться. Оценочные тесты файловых систем можно проводить и по другим критериям, например по производительности при интенсивной нагрузке, инициированной множеством пользователей, по скорости создания и удаления файлов, по времени, требуемому для поиска файла в большом по размеру каталоге, по пространству, требуемому для хранения небольших файлов, или по обеспечению целостности файлов в случае отказа системы. Там, где решающее значение имеет производительность ввода-вывода или других операций, связанных с файловой системой, нет ничего лучше, чем тест целевой платформы, воспроизводящий поведение вашего приложения.

13.2. Буферизация в библиотеке stdio

Для того чтобы сократить количество системных вызовов, при работе с файлами на диске буферизация данных в большие блоки осуществляется внутри функций ввода-вывода библиотеки языка C (например, на fprintf(), fscanf(), fgets(), fputs(), fputc(), fgetc()). Таким образом, библиотека stdio берет на себя работу по буферизации данных для их вывода с помощью write() или ввода посредством read().

Задание режима буферизации stdio-потока

Функция setvbuf() позволяет выбрать способ буферизации, которую будет применять библиотека stdio.

#include

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);

Возвращает 0 при успешном завершении или ненулевое значение при ошибке