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一、異步IO
        對于應用程序而言,有兩種類型的IO調用:即同步IO與異步IO。其本質的區別是:同步IO會block當前的調用線程,而異步IO則允許發起IO請求的調用線程繼續執行,等到IO請求被處理后,會通知調用線程。在windows平臺上,應用程序可以調用CreateFile API, 并通過設置FILE_FLAG_OVERLAPPED標志來決定是否發起異步IO請求。
        對于異步的IO請求,其最大的好處是:慢速的IO請求相對于應用程序而言是異步執行,這樣可以極大提高應用程序的處理吞吐量。發起IO請求的應用程序需要關心的是IO執行完成的結果,而不必忙等IO請求執行的過程。
       事實上,無論對于同步IO,還是異步IO,當IO請求發送到device driver后,device driver的執行總是異步的,當它接到IO請求之后,總會馬上返回給IO System。而IO System是否立即返回給調用線程,則取決于FILE_FLAG_OVERLAPPED標志的設置,如下圖:


二、異步IO的同步問題。
        我們使用異步IO,是為了提高應用程序的處理吞吐量。但是,當異步IO不再異步時(無論你是否設置FILE_FLAG_OVERLAPPED標志),應用程序的性能會受到極大的影響。根據Microsoft Knowledge Base 156932, 在下列幾種情況下,異步IO會失去它的異步性,而表現出同步的性質:
1)如果文件使用了NTFS compression壓縮,則system driver不會異步地存取這樣的文件。
2)擴展文件長度的IO操作不會是異步操作。
3)Cache機制。如果IO操作使用了file system cache,則這樣的IO操作會被當成同步IO,而非異步IO。
即使你使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED標志。在這種情況下,
a.如果需要讀取的數據已經在Cache里,那么I/O drivers會認為這樣的IO請求可以被立即處理,其結果是ReadFile 或者WriteFile調用返回TRUE,表示是:同步處理完成。
b.如果需要讀取的數據不在Cache里,windows NT的file system是使用page-faulting機制來實現cache管理,而page-faulting總是被同步處理, Windows NT沒有提供異步的page-faulting機制。的確, file system driver使用了線程池來緩解這一問題,但是,當應用程序發起的IO請求足夠多時,線程池還是不能應付的。
        在我們開發基于異步IO應用程序時,應該避免上述問題的出現,因為它們會使程序的性能大打折扣。
那么,對于Cache,我們如何避免呢?答案是:請使用FILE_FLAG_NO_BUFFERING標志。這個標志會使異步IO真實地異步執行。
三、性能的測試數據(僅供參考)。
      我在我的機器上,簡單地對使用FILE_FLAG_NO_BUFFERING標志的異步IO,與不使用FILE_FLAG_NO_BUFFERING標志的異步IO進行了對比。
操作:順序讀取1G的文件。
x軸表示:每次讀取的字節數(單位:K/每次)
Y軸表示:讀取完成所需要的時間。(單位:millisecond)
注意:每次測試讀取的內容總數是相等的(1000M)。
例如:如果每次讀取128k,則需要讀取8000次(128k*8000 = 1000M)。
如果每次讀取256k,則需要讀取4000次(256k*4000 = 1000M)。
粉紅色的線沒有使用FILE_FLAG_NO_BUFFERING標志,而黃色的線使用了FILE_FLAG_NO_BUFFERING標志。

從以上的數據,我們可以得出以下結論:
1) 當使用FILE_FLAG_NO_BUFFERING標志,應用程序的性能會極大提高,大概有50%的提高。
2)在使用異步IO的時候,還有一個注意的問題是:當你每次讀取的字節數增大的時候,性能也會提高。尤其在小于1024k時,當增大次讀取的字節數,性能都有明顯的提高。在混合了網絡傳輸等復雜因素的應用程序開發過程中,建議將該值設置為可配置的參數,通過調整該參數,使你的應用達到最好的性能。

參考資料:

1) Microsoft Knowledge Base 156932

2)  Microsoft Windows Internals, Fourth Edition. 

posted on 2007-07-01 18:45 愛上龍卷風 閱讀(9062) 評論(6)  編輯 收藏 引用

Feedback

# re: 異步IO性能探究 2007-09-12 01:51 ^Shhh^
你有沒有試過這樣和做filemapping的效率比較?  回復  更多評論
  

# re: 異步IO性能探究 2008-01-11 22:11 愛上龍卷風
@^Shhh^
沒有。
好像沒什么可比性吧。兩個的應用場合不盡相同。
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# re: 異步IO性能探究 2008-04-28 15:59 拖鞋
能把測試代碼給出來么?或者發給我也行
我進行了測試,結果使用FILE_FLAG_NO_BUFFERING的效率更低下……
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# re: 異步IO性能探究 2008-04-28 16:00 拖鞋
哦,我的郵件是:jwpfish@gmail.com  回復  更多評論
  

# re: 異步IO性能探究 2008-05-29 17:04 愛上龍卷風
@拖鞋
不好意思,我當時的代碼找不到了,不過我可以給你一個參考資料:
http://support.microsoft.com/kb/156932
看能不能幫到你。
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# re: 異步IO性能探究 2014-10-18 10:42 LZG
你好,
在下列幾種情況下,異步IO會失去它的異步性
這個結論是怎么得出的,有文章可以看看嗎,我想知道這幾種情況為什么不支持異步。

希望可以交流一下,我的郵箱 582959666@qq.com
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