提高 MacOS X 上的 mmap/munmap 性能答案

【问题标题】：Improving mmap/munmap performance on MacOS X提高 MacOS X 上的 mmap/munmap 性能
【发布时间】：2010-11-07 06:52:47
【问题描述】：

在 MacOS X 机器上运行以下 C 代码（2GB 文件上的一堆 mmap 和 munmap）似乎比在 Linux 机器上慢得多。

#define BUFSZ 2000000000
static u_char buf[BUFSZ];
....

// Time 10000 mmaps and munmaps from random offsets for various 
// sizes of mapped chunk.
for (msize = 4096; msize <= 1048576; msize *= 16) {
  fd = open("io_benchmark.dat", O_RDONLY);
  if (fd  < 0 ) die("can't open io_benchmark.dat for reading");
  for (i = 0; i < 10000; i++) {
    // Make sure the block to be mapped doesn't start in the
    // last meg.
    offset = (size_t) random() % (BUFSZ - 1048576);
    mblock = femmap(fd, (off_t)offset, (size_t) msize, PROT_READ, 
                    "test block");
    total = 0;
    for (j = 0; j < msize; j++) {
      total += mblock[j];
    }
    femunmap(mblock, (size_t) msize, "test block");
  }
  printf("Elapsed time to mmap and munmap 10000 blocks of %d kB: %.4f sec\n", 
         msize/1024, (time = time_since_last_call()));

  rslt = close(fd);
  if (fd  < 0 ) die("can't close io_benchmark.dat after reading");
}

具体来说，比较两台机器

CPU     Xeon E3113 dual core @ 3.00GHz           Core 2 Duo @ 2.4GHz dual core
RAM     8GB                                      4GB
Kernel  2.6.18-92.el5PAE SMP i686                MacOS 10.6.4 Snow Leopard
Disk    WD 250GB SATA 16MB cache 7200 RPM EXT3   Hitachi 250GB SATA 5400 RPM, journaled HFS+

给出以下结果

                            Linux    MacOS X
Time for 10000 4kB mmaps    0.0165   682.87
Time for 10000 64kB mmap    0.0170   657.79
Time for 10000 1MB mmaps    0.0217   633.38

即使考虑到内存量的减少，考虑到文件只有物理内存的一半，这似乎也很不寻常。谁能指出可能会提高性能的代码更改或配置更改？

我们尝试使用读取而不是 mmap，它确实产生了很大的不同，但这样做需要对现有代码库进行重大更改（并且 mmap 比 linux 上的读取快得多）。

【问题讨论】：

您的total 变量在赋值后没有使用？它可能只是被优化了，所以你可能没有衡量正确的东西。
您的大 buf 数组从未使用过 - 也许您需要显示您的 femmap() 和 femunmap() 函数的定义？一个可编译的例子总是有帮助的。
在 Mac OS X 上通过 Instruments 运行活动监视器可能会显示显着的页入页出负载。 MacOS X 测试系统的 RAM 太低，无法进行公平比较。

标签： c linux performance macos mmap

【解决方案1】：

我认为你只是没有衡量正确的东西。我检查了你测试的内部部分，我的 gcc 版本能够完全优化循环。

这会发生变化，例如当我将 mblock 指针声明为指向 volatile 数据的指针时。然后编译器有义务对循环中的语句执行所有副作用，特别是从内存中充电。

因此，您可以从测试中得出的唯一结论是：

您在 MacOS X 上的编译器不是很好聪明
始终检查汇编程序基准生产

因此，如果您可以真正重做测试，我很想看看这两个系统在该功能方面的真正区别。

【讨论】：

【解决方案2】：

看起来这是“设计使然”。据此https://developer.apple.com/library/content/documentation/FileManagement/Conceptual/FileSystemAdvancedPT/MappingFilesIntoMemory/MappingFilesIntoMemory.html#//apple_ref/doc/uid/TP40010765-CH2-SW1:

以下情况不应使用文件映射：

您想按顺序读取文件从头到尾只有一次。
文件有几百兆或更大的尺寸。（映射大文件快速填充虚拟内存空间。此外，您的程序可能不会如果有可用空间已经运行了一段时间或其内存空间是碎片化的。）

对于大型顺序读取操作，最好禁用磁盘缓存并将文件读入一个小的内存缓冲区。有关详细信息，请参阅“有选择地缓存文件”。

这是一个演示问题的代码sn-p：

off_t       file_target = off_t(3) << 29; //  1.5GB
const char* path = "B9361194.data";

//  Touch the output file
{
    FILE*       fp = fopen( path, "a");
    fclose(fp);
}

//  Open the output file
FILE*       fp = fopen( path, "rb+");
int         fd = fileno(fp);
off_t       file_physical = 0;
off_t       file_logical = 0;
ftruncate( fd, file_physical );

//  Declare the mapping
off_t       map_start = 0;
off_t       map_count = 0;
char*       map_address = 0;

//  Set up the input buffer.
//  We are just going to write this out until we have written total bytes
size_t      requested = 1024;
char    input[requested];
for ( size_t i = 0; i < requested; ++i ) input[i] = 1;

//  Write the buffer, resizing and mapping as we go.
while ( file_logical < file_target ) {
    //  Figure out how much to write.
    size_t limit = requested;
    if ( ( file_target - file_logical ) < (off_t)limit ) 
        limit = size_t( file_target - file_logical );

    //  If we can't fit the buffer inside the allocation
    //  unmap and grow everything
    if ( file_logical + (off_t)limit > file_physical ) {
        //  Unmap
        if ( map_address ) munmap( map_address, map_count );

        //  Grow the file by 64K
        off_t   new_physical = off_t(1) << 16;  //  64K allocation
        if ( new_physical < (off_t)limit ) new_physical = limit;
        file_physical += new_physical;
        ftruncate( fd, file_physical );

        //  Map the end
        map_count = off_t(1) << 23;    //  8MB
        if ( map_count > file_physical ) map_count = file_physical;
        map_start = file_physical - map_count;
        void* address = mmap( 0, map_count, ( PROT_WRITE | PROT_READ ), MAP_SHARED, fd, map_start );
        // int err = errno;
        // if ( address == MAP_FAILED ) CPPUNIT_ASSERT_EQUAL_MESSAGE( strerror(err), 0, errno );
        map_address = reinterpret_cast<char*>( address );
    }

    //  Copy the buffer in
    size_t  offset = size_t(file_logical - map_start);
    memcpy( map_address + offset, input, limit );
    file_logical += limit;
}

//  Clean up
if ( map_address ) munmap( map_address, map_count );
ftruncate( fd, file_logical );
fclose( fp );

不知道他们是否以及何时修复它。

【讨论】：

【解决方案3】：

我对 OS X mmap 问题的结论是映射整个文件并保持映射。如果你需要扩展文件，映射比你需要的更多的字节，这样你只需要偶尔重新映射。

您可能需要使用 64 位 OS X 才能完成这项工作。

【讨论】：