Тест производительности: sem_t v.s. dispatch_semaphore_t и pthread_once_t v.s. dispatch_once_t
Я хотел знать, что было бы лучше/быстрее использовать вызовы POSIX, такие как pthread_once() и sem_wait() или функции dispatch_ *, поэтому я создал небольшой тест и удивлен результатами (вопросы и результаты приведены на конец).
В тестовом коде я использую mach_absolute_time() для вызова вызовов. Я действительно не забочусь о том, что это точно не совпадает с nano-секундами; Я сравниваю значения друг с другом, поэтому точные единицы времени не имеют значения, только различия между интервалом делают. Числа в разделе результатов повторяемы и не усредняются; Я мог бы усреднить время, но я не ищу точные цифры.
test.m(простое консольное приложение, легко компилируемое):
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <dispatch/dispatch.h>
#include <semaphore.h>
#include <pthread.h>
#include <time.h>
#include <mach/mach_time.h>
// *sigh* OSX does not have pthread_barrier (you can ignore the pthread_barrier
// code, the interesting stuff is lower)
typedef int pthread_barrierattr_t;
typedef struct
{
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
int count;
int tripCount;
} pthread_barrier_t;
int pthread_barrier_init(pthread_barrier_t *barrier, const pthread_barrierattr_t *attr, unsigned int count)
{
if(count == 0)
{
errno = EINVAL;
return -1;
}
if(pthread_mutex_init(&barrier->mutex, 0) < 0)
{
return -1;
}
if(pthread_cond_init(&barrier->cond, 0) < 0)
{
pthread_mutex_destroy(&barrier->mutex);
return -1;
}
barrier->tripCount = count;
barrier->count = 0;
return 0;
}
int pthread_barrier_destroy(pthread_barrier_t *barrier)
{
pthread_cond_destroy(&barrier->cond);
pthread_mutex_destroy(&barrier->mutex);
return 0;
}
int pthread_barrier_wait(pthread_barrier_t *barrier)
{
pthread_mutex_lock(&barrier->mutex);
++(barrier->count);
if(barrier->count >= barrier->tripCount)
{
barrier->count = 0;
pthread_cond_broadcast(&barrier->cond);
pthread_mutex_unlock(&barrier->mutex);
return 1;
}
else
{
pthread_cond_wait(&barrier->cond, &(barrier->mutex));
pthread_mutex_unlock(&barrier->mutex);
return 0;
}
}
//
// ok you can start paying attention now...
//
void onceFunction(void)
{
}
@interface SemaphoreTester : NSObject
{
sem_t *sem1;
sem_t *sem2;
pthread_barrier_t *startBarrier;
pthread_barrier_t *finishBarrier;
}
@property (nonatomic, assign) sem_t *sem1;
@property (nonatomic, assign) sem_t *sem2;
@property (nonatomic, assign) pthread_barrier_t *startBarrier;
@property (nonatomic, assign) pthread_barrier_t *finishBarrier;
@end
@implementation SemaphoreTester
@synthesize sem1, sem2, startBarrier, finishBarrier;
- (void)thread1
{
pthread_barrier_wait(startBarrier);
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
sem_wait(sem1);
sem_post(sem2);
}
pthread_barrier_wait(finishBarrier);
}
- (void)thread2
{
pthread_barrier_wait(startBarrier);
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
sem_wait(sem2);
sem_post(sem1);
}
pthread_barrier_wait(finishBarrier);
}
@end
int main (int argc, const char * argv[])
{
NSAutoreleasePool * pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
int64_t start;
int64_t stop;
// semaphore non contention test
{
// grrr, OSX doesn't have sem_init
sem_t *sem1 = sem_open("sem1", O_CREAT, 0777, 0);
start = mach_absolute_time();
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
sem_post(sem1);
sem_wait(sem1);
}
stop = mach_absolute_time();
sem_close(sem1);
NSLog(@"0 Contention time = %d", stop - start);
}
// semaphore contention test
{
__block sem_t *sem1 = sem_open("sem1", O_CREAT, 0777, 0);
__block sem_t *sem2 = sem_open("sem2", O_CREAT, 0777, 0);
__block pthread_barrier_t startBarrier;
pthread_barrier_init(&startBarrier, NULL, 3);
__block pthread_barrier_t finishBarrier;
pthread_barrier_init(&finishBarrier, NULL, 3);
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);
dispatch_async(queue, ^{
pthread_barrier_wait(&startBarrier);
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
sem_wait(sem1);
sem_post(sem2);
}
pthread_barrier_wait(&finishBarrier);
});
dispatch_async(queue, ^{
pthread_barrier_wait(&startBarrier);
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
sem_wait(sem2);
sem_post(sem1);
}
pthread_barrier_wait(&finishBarrier);
});
pthread_barrier_wait(&startBarrier);
// start timing, everyone hit this point
start = mach_absolute_time();
// kick it off
sem_post(sem2);
pthread_barrier_wait(&finishBarrier);
// stop timing, everyone hit the finish point
stop = mach_absolute_time();
sem_close(sem1);
sem_close(sem2);
NSLog(@"2 Threads always contenting time = %d", stop - start);
pthread_barrier_destroy(&startBarrier);
pthread_barrier_destroy(&finishBarrier);
}
// NSTask semaphore contention test
{
sem_t *sem1 = sem_open("sem1", O_CREAT, 0777, 0);
sem_t *sem2 = sem_open("sem2", O_CREAT, 0777, 0);
pthread_barrier_t startBarrier;
pthread_barrier_init(&startBarrier, NULL, 3);
pthread_barrier_t finishBarrier;
pthread_barrier_init(&finishBarrier, NULL, 3);
SemaphoreTester *tester = [[[SemaphoreTester alloc] init] autorelease];
tester.sem1 = sem1;
tester.sem2 = sem2;
tester.startBarrier = &startBarrier;
tester.finishBarrier = &finishBarrier;
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(thread1) toTarget:tester withObject:nil];
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(thread2) toTarget:tester withObject:nil];
pthread_barrier_wait(&startBarrier);
// start timing, everyone hit this point
start = mach_absolute_time();
// kick it off
sem_post(sem2);
pthread_barrier_wait(&finishBarrier);
// stop timing, everyone hit the finish point
stop = mach_absolute_time();
sem_close(sem1);
sem_close(sem2);
NSLog(@"2 NSTasks always contenting time = %d", stop - start);
pthread_barrier_destroy(&startBarrier);
pthread_barrier_destroy(&finishBarrier);
}
// dispatch_semaphore non contention test
{
dispatch_semaphore_t sem1 = dispatch_semaphore_create(0);
start = mach_absolute_time();
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
dispatch_semaphore_signal(sem1);
dispatch_semaphore_wait(sem1, DISPATCH_TIME_FOREVER);
}
stop = mach_absolute_time();
NSLog(@"Dispatch 0 Contention time = %d", stop - start);
}
// dispatch_semaphore non contention test
{
__block dispatch_semaphore_t sem1 = dispatch_semaphore_create(0);
__block dispatch_semaphore_t sem2 = dispatch_semaphore_create(0);
__block pthread_barrier_t startBarrier;
pthread_barrier_init(&startBarrier, NULL, 3);
__block pthread_barrier_t finishBarrier;
pthread_barrier_init(&finishBarrier, NULL, 3);
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_LOW, 0);
dispatch_async(queue, ^{
pthread_barrier_wait(&startBarrier);
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
dispatch_semaphore_wait(sem1, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_semaphore_signal(sem2);
}
pthread_barrier_wait(&finishBarrier);
});
dispatch_async(queue, ^{
pthread_barrier_wait(&startBarrier);
for(int i = 0; i < 100000; i++)
{
dispatch_semaphore_wait(sem2, DISPATCH_TIME_FOREVER);
dispatch_semaphore_signal(sem1);
}
pthread_barrier_wait(&finishBarrier);
});
pthread_barrier_wait(&startBarrier);
// start timing, everyone hit this point
start = mach_absolute_time();
// kick it off
dispatch_semaphore_signal(sem2);
pthread_barrier_wait(&finishBarrier);
// stop timing, everyone hit the finish point
stop = mach_absolute_time();
NSLog(@"Dispatch 2 Threads always contenting time = %d", stop - start);
pthread_barrier_destroy(&startBarrier);
pthread_barrier_destroy(&finishBarrier);
}
// pthread_once time
{
pthread_once_t once = PTHREAD_ONCE_INIT;
start = mach_absolute_time();
for(int i = 0; i <100000; i++)
{
pthread_once(&once, onceFunction);
}
stop = mach_absolute_time();
NSLog(@"pthread_once time = %d", stop - start);
}
// dispatch_once time
{
dispatch_once_t once = 0;
start = mach_absolute_time();
for(int i = 0; i <100000; i++)
{
dispatch_once(&once, ^{});
}
stop = mach_absolute_time();
NSLog(@"dispatch_once time = %d", stop - start);
}
[pool drain];
return 0;
}
В My iMac (Snow Leopard Server 10.6.4):
Model Identifier: iMac7,1
Processor Name: Intel Core 2 Duo
Processor Speed: 2.4 GHz
Number Of Processors: 1
Total Number Of Cores: 2
L2 Cache: 4 MB
Memory: 4 GB
Bus Speed: 800 MHz
Я получаю:
0 Contention time = 101410439
2 Threads always contenting time = 109748686
2 NSTasks always contenting time = 113225207
0 Contention named semaphore time = 166061832
2 Threads named semaphore contention time = 203913476
2 NSTasks named semaphore contention time = 204988744
Dispatch 0 Contention time = 3411439
Dispatch 2 Threads always contenting time = 708073977
pthread_once time = 2707770
dispatch_once time = 87433
На моем MacbookPro (Snow Leopard 10.6.4):
Model Identifier: MacBookPro6,2
Processor Name: Intel Core i5
Processor Speed: 2.4 GHz
Number Of Processors: 1
Total Number Of Cores: 2 (though HT is enabled)
L2 Cache (per core): 256 KB
L3 Cache: 3 MB
Memory: 8 GB
Processor Interconnect Speed: 4.8 GT/s
Я получил:
0 Contention time = 74172042
2 Threads always contenting time = 82975742
2 NSTasks always contenting time = 82996716
0 Contention named semaphore time = 106772641
2 Threads named semaphore contention time = 162761973
2 NSTasks named semaphore contention time = 162919844
Dispatch 0 Contention time = 1634941
Dispatch 2 Threads always contenting time = 759753865
pthread_once time = 1516787
dispatch_once time = 120778
на iPhone 3GS 4.0.2 Я получил:
0 Contention time = 5971929
2 Threads always contenting time = 11989710
2 NSTasks always contenting time = 11950564
0 Contention named semaphore time = 16721876
2 Threads named semaphore contention time = 35333045
2 NSTasks named semaphore contention time = 35296579
Dispatch 0 Contention time = 151909
Dispatch 2 Threads always contenting time = 46946548
pthread_once time = 193592
dispatch_once time = 25071
Вопросы и утверждения:
-
sem_wait() и sem_post() медленны, когда не подпадают
- почему это так?
- OSX не заботится о совместимых API? есть ли какой-то старый код, который заставляет это быть медленным?
- Почему эти номера не совпадают с функциями dispatch_semaphore?
-
sem_wait() и sem_post() так же медленны, когда возникают конфликты, когда они не существуют (есть разница, но я думал, что это будет огромная разница между соперничеством, а не: я ожидал таких чисел, как то, что было код dispatch_semaphore)
-
sem_wait() и sem_post() работают медленнее при использовании названных семафоров.
- Почему? это потому, что семафор должен синхронизироваться между процессами? возможно, при этом есть больше багажа.
-
dispatch_semaphore_wait() и dispatch_semaphore_signal() сумасшедшие быстро, когда не подпадают под сомнение (здесь нет ничего удивительного, так как Apple много рекламирует).
-
dispatch_semaphore_wait() и dispatch_semaphore_signal() в 3 раза медленнее, чем sem_wait() и sem_post(), когда в конфликте
- Почему это так медленно? для меня это не имеет смысла. Я бы ожидал, что это будет наравне с sem_t в конфликте.
-
dispatch_once() быстрее, чем pthread_once(), около 10x, почему? Единственное, что я могу сказать из заголовков, состоит в том, что с помощью dispatch_once() нет нагрузки на вызов функции, чем с pthread_once().
Мотивация:
Мне предложат два набора инструментов для выполнения задания для семафоров или один раз (я фактически нашел другие варианты семафоров, тем не менее, но я проигнорирую их, если не будет представлен как лучший вариант). Я просто хочу знать, что является лучшим инструментом для работы (если у вас есть возможность завинчивания винта с помощью philips или flathead, я бы выбрал philips, если мне не нужно крутить винт и плоскогубцы, если мне нужно закрутите винт).
Кажется, что если я начну писать утилиты с помощью libdispatch, я, возможно, не смогу их перенести в другие операционные системы, у которых еще нет libdispatch... но это так заманчиво использовать;)
В его нынешнем виде:
Я буду использовать libdispatch, когда мне не придется беспокоиться о переносимости и вызовах POSIX, когда я это делаю.
Спасибо!
Ответы
Ответ 1
sem_wait() и sem_post() - средства синхронизации тяжелой нагрузки, которые могут использоваться между процессами. Они всегда включают в себя круглые поездки к ядру и, вероятно, всегда требуют, чтобы ваш поток был перенесен. Они, как правило, не подходят для синхронной синхронизации. Я не уверен, почему именованные варианты будут медленнее, чем анонимные...
Mac OS X на самом деле очень хорош в отношении совместимости с Posix... Но спецификации Posix имеют множество дополнительных функций, и Mac не имеет их всех. Ваше сообщение на самом деле первое, что я когда-либо слышал о pthread_barriers, поэтому я предполагаю, что они либо сравнительно недавно, либо не все, что обычно. (Я не уделял много внимания эволюции pthreads в течение последних десяти лет или около того).
Причина, по которой материал отправки разваливается при вынужденном крайнем раздоре, вероятно, потому, что под крышками поведение похоже на спин-блокировки. Ваши потоки рабочего потока, скорее всего, теряют хороший кусок их квантов при оптимистическом предположении, что ресурс под конфликтом будет доступен в любом цикле сейчас... Немного времени с Акулой скажет вам наверняка. Тем не менее, точка приема должна состоять в том, что "оптимизация" избиения во время раздумий является плохим вложением времени программиста. Вместо этого потратьте время на оптимизацию кода, чтобы избежать тяжелой конкуренции в первую очередь.
Если у вас действительно есть ресурс, который является неуязвимым узким местом в вашем процессе, помещение семафора вокруг него значительно неоптимально. Поместите его в свою очередь последовательной диспетчеризации, и как можно больше блоков dispatch_async, которые будут выполняться в этой очереди.
Наконец, dispatch_once() быстрее, чем pthread_once(), потому что он специфицирован и реализован для быстрых на текущих процессорах. Вероятно, Apple может ускорить реализацию pthread_once(), так как я подозреваю, что эталонная реализация использует примитивы синхронизации pthread, но... ну... они предоставили все преимущества libdispatch.: -)
