Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

Результаты измерения производительности

В примерах программ представлено широкое разнообразие альтернативных методик решения одних и тех же задач, как это было, например, при рассмотрении копирования файлов или преобразования текстовых файлов из кодировки ASCII в Unicode, и поэтому рассуждения о сравнительных преимуществах этих методик в отношении производительности являются вполне уместными. Однако в процессе создания приложений одних рассуждений подобного рода мало, и требуется точное знание количественных характеристик, позволяющих судить о влиянии того или иного выбора варианта реализации на производительность, а также о том, каковы в этом смысле потенциальные преимущества той или иной версии Windows, конфигурации оборудования или средств Windows, таких как потоки или асинхронный ввод/вывод. Программа timep (программа 6.2) позволяет измерять реальное (истекшее), пользовательское и системное (затраченное функциями ядра) время, необходимое для выполнения программ, и предоставляет удобный способ измерения производительности и определения ее зависимости от выбора методик и принципов программирования.

Тестирование производилось путем выполнения на ряде хост-систем репрезентативного набора приложений из числа приведенных в данной книге примеров программ.

В приведенных ниже таблицах приведены временные характеристики, полученные с использованием программы timep при выполнении тестовых программ на нескольких различных системах. Для этой цели были выбраны следующие функциональные области:

1. Копирование файлов.Показатели производительности определялись для нескольких различных методик, с помощью которых выполнялась эта операция, включая использование библиотеки С и Windows-функции CopyFile. Копирование файлов позволяет сосредоточить внимание на операциях ввода/вывода, не сопровождаемых обработкой данных.

2. Преобразование символов из кодировки ASCII в кодировку Unicode.В этой серии тестов выяснялась зависимость производительности от использования отображения файлов, буферов большого размера, флагов Windows, задающих последовательный режим обработки, и операций асинхронного ввода/вывода. Преобразование символов позволяет сосредоточить внимание на операциях ввода/вывода, сопровождаемых незначительной обработкой данных в процессе их перемещения из одного буфера в другой.

3. Поиск заданных текстовых шаблонов.Эта серия тестов проводилась с использованием программы grep в ее многопроцессорной и многопоточной формах. Тестировалась также простая последовательная обработка файлов, которая по своей производительности на однопроцессорных системах оказалась вполне конкурентоспособной по отношению к двум другим методикам. При поиске образцов увеличивается доля обработки данных в расходовании процессорного времени и уменьшается доля операций вывода.

4. Сортировка файлов.Эта серия тестов демонстрирует, какое влияние на производительность оказывает использование отображения файлов и обработка файлов в памяти, а также переход к многопоточному режиму выполнения. При сортировке основная доля времени, по крайней мере, в случае крупных файлов, приходится не на файловые операции ввода/вывода, а на обработку данных процессором.

5. Многопоточная система "производитель/потребитель".Эта серия тестов позволила исследовать влияние на производительность различных методов синхронизации, используемых для реализации системы с многопоточной очередизацией, что дало возможность оценить сравнительные достоинства и недостатки обсуждавшихся в главах 8-10 моделей, основанных на применении объектов CRITICAL_SECTION, мьютексов и функции SignalObjectAndWait, а также сигнальной и широковещательной моделей переменных условий.

Программы для всех перечисленных приложений компоновались с использованием Microsoft Visual C++ 7.0 и 6.0 в виде окончательных (release), а не отладочных (debug) версий. Выполнение отладочных версий программ привело бы к заметному искажению картины показателей производительности. Специально проведенные тесты с интенсивной загрузкой процессора показали, что в этом случае доля дополнительных накладных расходов может достигать 80%, не говоря уже о том, что размеры отладочных исполняемых модулей превышают размеры модулей окончательных версий в два-три раза.

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.