Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

Хост-системы

Показатели производительности измерялись на четырех современных (по состоянию на 2004 год) системах, характеризующихся широким разнообразием конфигураций ЦП, памяти и ОС. Во всех случаях использовалась файловая система NTFS. В некоторых случаях приводятся также данные, полученные на устаревших системах.

1. Лэптоп, процессор Pentium с частотой 1 ГГц, ОС Windows 2000 Professional.

2. Лэптоп, процессор Intel Celeron с частотой 2 ГГц, ОС Windows XP.

3. PC с процессором Pentium, ОС Windows 2000.

4. Четырехпроцессорная система Windows 2000 Server с ОС NT 5.0. В качестве процессоров были использованы четыре процессора Intel Xeon с частотой 1,8 ГГц. Эта система позволила исследовать, насколько увеличиваются показатели производительности в результате применения нескольких высокопроизводительных процессоров.

В примерах, связанных с обработкой файлов, представлены также результаты, полученные на устаревшей NT-системе на основе PC, в которой использовался процессор Pentium III с частотой 500 МГц, что позволило сравнить между собой показатели производительности для файловых систем FAT и NTFS, хотя файловая система FAT уже не так распространена, как прежде. Во всех случаях файловые системы были заполнены не более чем на 50% и характеризовались лишь незначительной фрагментацией.

Во время проведения тестов никакие другие задачи, кроме тестовых программ, на системах не выполнялись. Неплохим показателем относительного быстродействия процессоров могут служить результаты, полученные, в частности, при выполнении таких программ, как программы сортировки, интенсивно использующие процессор.

Измерение производительности

Каждое приложение выполнялось на хост-системе по пять раз. Перед каждым запуском приложения физическая память очищалась, чтобы исключить повышение показателей производительности за счет файлов и программ, кэшированных в памяти или файлах подкачки. В представленных в последующих разделах таблицах приведены усредненные данные. Время измеряется в секундах.

Каждая таблица сопровождается комментариями. Вполне очевидно, что делать какие-либо обобщенные выводы в отношении производительности довольно рискованно, поскольку на временные характеристики производительности программ оказывают влияние самые разнообразные факторы, включая свойства самих программ. В то же время, такие тесты позволяют выявлять некоторые закономерности и исследовать изменение производительности в зависимости от использования тех или иных файловых и операционных систем или тех или иных методик программирования. Кроме того, необходимо иметь в виду, что в процессе тестирования измеряется время, прошедшее с момента начала выполнения программы до ее завершения, но не учитывается время, необходимое системе для сброса содержимого буферов на диск. Наконец, при проведении тестов никаких попыток воспользоваться специфическими возможностями или параметрами системы, как то использование разделенных на полосы дисков, варьирование размеров блоков данных при обмене с дисками, разбиение дисков на несколько разделов и тому подобное, не предпринималось.

Монитор производительности Windows, доступный через пиктограмму Administrative Tools (Администрирование), находящуюся в панели управления, отображает данные о работе процессора, ядра, пользовательских и других процессов в графическом виде. Это средство предоставляет отличные дополнительные возможности для изучения свойств программ помимо тех, которые обеспечиваются приведенными здесь результатами измерений.

Полученные результаты указывают на варьирование производительности в широких пределах в зависимости от используемых ЦП, файловой системы, дисковой конфигурации, особенностей программы, а также множества других факторов. Все программы, применяемые для проведения необходимых измерений, находятся на Web-сайте книги, что дает вам возможность самостоятельно выполнить эти тесты на своей системе.

Копирование файлов

Пять различных вариантов реализации программ копирования файлов использовались для копирования файла размером 25,6 Мбайт (400 000 записей размером 64 байта каждая, сгенерированных с помощью программы RandFile из главы 5). В первых двух столбцах табл. В.1 представлены результаты, полученные на лэптопе (LT) устаревшей модели, в котором установлен процессор Pentium с частотой 500 МГц, что позволяет сопоставить между собой показатели производительности в случае файловых систем NTFS и FAT.

1. Программа cpC (программа 1.1) использует библиотеку С. В этом тесте измеряется эффект варианта реализации, выполняющегося поверх Windows, хотя библиотека и предоставляет возможность использования эффективной буферизации или применения других методик.

2. Программа cpW (программа 1.2) является реализацией, в которой используются непосредственно средства Windows с буфером небольшого размера (256 байт).

3. Программа cpwFA — "быстрый" вариант реализации с использованием буфера большого размера (8192 байта, что кратно размеру сектора диска на всех хост-системах) и флагов Windows, задающих последовательный режим обработки как для входных, так и для выходных файлов.

4. Программа cpCF (программа 1.3) использует функцию Windows CopyFile для выяснения того, является ли реализация, ограничивающаяся единственным системным вызовом, более эффективной по сравнению с другими методиками.

5. Программа cpUC (программа 1.1) — реализация в стиле UNIX, использующая буфер небольшого размера (аналогично программе cpW). Эта программа была незначительно изменена, чтобы обеспечить возможность использования библиотеки совместимости с UNIX, входящей в состав Visual C++.

В то время как приведенные результаты представляют величины, усредненные по пяти тестовым запускам, сами значения истекшего времени могут меняться в широких пределах. Так, для программы cpUC (последний ряд) среднее значение истекшего времени в третьем столбце данных (Pentium LT, W2000) составило 7,77 секунды, тогда как минимальное и максимальное значения составляли соответственно 1,87 и 11,71 секунды. Такая широкая вариация значений была типичной почти во всех случаях и на всех системах.

Комментарии

1. Применение файловой системы NTFS вовсе не гарантирует лучшую по сравнению с системой FAT производительность. Более того, иногда более быстрой оказывается именно FAT, в чем можно убедиться, сравнивая данные, приведенные в столбцах 1 и 2.

2. Библиотеки совместимости С и UNIX обеспечивают сопоставимую производительность, которая во многих случаях превосходит производительность простейших вариантов реализации, использующих средства Windows.

3. Процессорное время, потребляемое как функциями ядра ("Системное время"), так и пользовательскими функциями ("Пользовательское время"), является минимальным. Следовательно, быстродействие процессора оказывает лишь самое незначительное влияние на производительность, оцениваемую по истекшему времени.

4. Как и следовало ожидать, высокопроизводительные серверные SMP-системы действительно обеспечивают гораздо более быструю обработку файлов, чем лэптопы и PC. Дополнительные тесты, выполненные в системе Windows Server 2003, обладающей еще более высоким быстродействием, показали еще лучшие результаты (здесь они не представлены), причем значения истекшего времени оказались примерно в два раза меньшими по сравнению со значениями, приведенными в крайнем справа столбце таблицы.

5. Использование буферов большого размера, флагов последовательной обработки или функции CopyFile не обеспечивают систематического или существенного выигрыша в производительности, оцениваемой по истекшему времени. Вместе с тем, весьма небольшие значения показателей пользовательского времени для программ cpwFA и cpCF представляют интерес, и этим можно воспользоваться в некоторых ситуациях, даже если показатели истекшего времени при этом не улучшатся. Одна из систем, а именно, лэптоп с процессором Pentium, не подходит под данное обобщение. Как ранее уже отмечалось, процессорное время составляет лишь небольшую долю истекшего времени.

6. Показатели истекшего времени являются в высшей степени переменчивыми, причем в некоторых случаях отношение результатов, полученных в идентичных тестах, которые выполнялись в идентичных условиях, достигало значения 10:1.

Таблица В.1. Показатели производительности программ копирования файлов

ЦП Pentium III Pentium III Pentium LT Celeron LT Xeon 4×Xeon ОС W2000 W2000 W2000 XP W2000 W2000 Файловая система FAT NTFS NTFS NTFS NTFS NTFS cpC Реальное время 8,62 14,69 12,75 7,23 6,03 2,67 Пользовательское время 0,12 0,12 0,10 0,10 0,09 0,06 Системное время 0,24 0,52 1,39 0,39 0,25 0,36 cpW Реальное время 8,49 13,35 25,48 7,10 8,94 2,95 Пользовательское время 0,13 0,12 0,06 0,04 0,04 0,13 Системное время 0,88 1,37 4,61 0,62 0,56 0,13 cpwFA Реальное время 8,35 12,59 7,35 8,25 9,10 2,36 Пользовательское время 0,01 0,02 0,03 0,01 0,01 0,02 Системное время 0,40 0,50 0,82 0,29 0,20 0,19 cpCF Реальное время 8,00 11,69 2,57 6,50 7,62 2,97 Пользовательское время 0,02 0,01 0,02 0,02 0,01 0,02 Системное время 0,19 0,25 0,53 0,19 0,12 0,17 cpUC Реальное время 7,84 13,14 21,01 9,98 7,77 3,53 Пользовательское время 0,72 0,66 0,47 0,34 0,34 0,42 Системное время 0,40 0,67 3,12 0,34 0,36 0,41

Преобразование символов из кодировки ASCII в Unicode