Erlang文件I/O性能测评

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评测目的

本测试主要目的是考察Erlang文件I/O同C标准I/O之间具体的性能差异。

 

预备知识

Erlang中有普通文件I/O和裸文件I/O两类操作，其中普通文件I/O的文件句柄是一个进程ID，因此可以从Erlang节点网络的任意位置访问该句柄；而裸文件I/O的文件句柄是一个tuple结构，只在同一节点上打开该文件的进程内有效，无法跨进程跨节点访问。一般来说裸文件I/O速度要远高于普通文件I/O。

此外Erlang RTS还有一些选项能够改善大I/O流量情况下的进程响应速度，这里主要使用的是如下2个选项：

• +K true|false - 该选项用于打开(true)或关闭(false，默认)Erlang RTS的Kernel poll功能。当Kernel poll被关闭时，RTS使用普通的用户态事件轮询接口select/poll进行进程和I/O调度，调度开销较大；打开Kernel poll时，RTS将使用内核级事件轮询接口(如Linux上的epoll等)进行调度，开销较小，可以提高存在大量进程时的响应速度。
• +A integer - 该选项用于调整Erlang RTS用于异步I/O的异步线程池大小。目前可以设置为0(不使用异步I/O，默认)至1024之间的整数。当不使用异步I/O时，RTS会把对于较大数据块的I/O操作切分为多个小数据块的I/O，以避免单个大I/O操作阻塞RTS的消息循环导致其他进程无法继续响应；当使用异步I/O时，RTS会把I/O操作派发到异步线程池中的某个worker线程的任务队列里，由独立于RTS消息循环的worker线程来处理耗时很长的I/O操作(Leader-Follower模式)。这两种对大I/O操作的处理方式都存在一定开销：不使用异步I/O时单个I/O操作变成多次I/O操作，让I/O操作调用开销增加了N倍(N为平均切分出的I/O操作次数)；使用异步I/O时，OS需要在RTS调度线程和异步I/O线程之间进行上下文切换，这也是相对较为耗时的操作。

为此，评测时也进行了默认状态(+K false +A 0 )和调整后状态(+K true +A 32 )的I/O性能比较。

 

评测环境及用例

评测环境为公司发放的笔记本HP nx6320，Intel Duo T2400 1.83GHz(2 cores)，1GB RAM，60G SATA HD。

测试用例分为顺序读写和随机读写2种，每种类型下分别进行参数调整前后的读和写时间测试：

• 顺序读算法：按照指定的块大小逐块读取测试数据文件，直至全部读取完毕为止，测量全部用时；
• 顺序写算法：按照指定的块大小逐块将随机数据写入测试数据文件，直至写入大小满足要求为止，测量全部用时；
• 随机读算法：随机移动到测试数据文件内某处，按照指定的块大小读取1块，直至累计读取长度满足要求为止，测量全部用时；
• 随机写算法：将测试数据文件预先truncate到指定大小，然后随机移动到文件内某处，按照指定的块大小写入1块随机数据，直至累计写入长度满足要求为止，测量写入过程全部用时。

测试数据文件大小为100MB，I/O块大小从1KB、2KB开始按2的倍数递增至1024KB，以测试不同I/O块大小对性能的影响。

 

评测结果

顺序I/O

使用Erlang默认参数进行读操作时，C标准I/O速度是Erlang普通文件I/O速度的~5076%，是Erlang裸文件I/O速度的~191%；增加上述的RTS选项后Erlang I/O速度基本没有变化。图表如下：

使用Erlang默认参数进行写操作时，C标准I/O速度是Erlang普通文件I/O速度的~92%，是Erlang裸文件I/O速度的~194%；增加上述的RTS选项后，普通文件I/O速度降低，裸文件I/O速度提高，此时C标准I/O速度是Erlang普通文件I/O速度的~192%，是Erlang裸文件I/O速度的~124%。图表如下：

 

随机I/O

使用Erlang默认参数进行读操作时，C标准I/O速度是Erlang普通文件I/O速度的~2556%，是Erlang裸文件I/O速度的125%；增加上述的RTS选项后Erlang I/O速度基本没有变化。图表如下：

 
使用Erlang默认参数进行写操作时，C标准I/O速度是Erlang普通文件I/O速度的~128%，是Erlang裸文件I/O速度的~62%；增加上述的RTS选项后普通文件I/O速度有所提高，但裸文件I/O速度有所降低，此时C标准I/O速度是Erlang普通文件I/O速度的~125%，是Erlang裸文件I/O速度的~107%。图表如下：