Олег Цилюрик - QNX/UNIX: Анатомия параллелизма

# nice -n-19 cli -b1000 -m1000

SRR client: vers. 1.03

server path /dev/srr, block size = 10000 bytes, repeat = 1000

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 534639500

- message exchange: 14365 ~953 {7%}

- manager exchange: 16018 ~5399 {34%}

Это дает нам следующую информацию:

• Обмен с сервером, работающим на локальном хосте, происходит синхронно: клиент, переслав запрос серверу, блокируется в ожидании ответа от него. В этих условиях мы загружаем процессор на 100% совместной активностью клиента и сервера.

• Обмен в эквивалентныхусловиях с сервером, работающим как менеджер ресурса, требует (в сравнении с прямым обменом сообщениями) в 1,12–2,44 раз большее количество процессорных циклов на свое обслуживание, или, в относительных единицах, максимально достижимая производительность менеджера меньше на 12–144% .

• Самые неблагоприятные (144%) значения относятся к случаю обмена короткими сообщениями (1–10 байт); достаточно ощутимое (~2) значение этого соотношения сохраняется до размеров передаваемых блоков данных, равных 8–10 Кбайт.

• Накладные расходы на передачу единичного байта информации недопустимо велики (2693 циклов на байт при обмене сообщениями и 6579 циклов на байт — для менеджера) при организации обмена короткими сообщениями. С ростом объема данных, передаваемых за один цикл обмена, этот показатель очень резко падает (на блоках по 100 байт уже 33,5 и 70 соответственно, т.е. 2 порядка). Для систем с интенсивными потоками обмена необходимо стремиться максимально блокировать передаваемые данные и минимизировать число актов обмена.

Теперь выполним то же самое, но при обмене с сервером, локализованным на удаленном хосте сети (мы используем низкоскоростную сеть 10 Мбит/сек, на которой все эффекты более наглядны):

# nice -n-19 cli -nrtp -b1 -m500

SRR client: vers. 1.03

server path: /net/rtp/dev/srr, block size = 1 bytes, repeat = 500

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 451163200

- message exchange: 671017 ~391587 {58%}

- manager exchange: 712181 ~394844 {55%}

# nice -n-19 cli -nrtp -b10 -m500

SRR client: vers. 1.03

server path: /net/rtp/dev/srr, block size = 10 bytes, repeat = 500

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 451163200

- message exchange: 642456 ~380313 {59%}

- manager exchange: 743094 ~423717 {57%}

# nice -n-19 cli -nrtp -b100 -m500

SRR client: vers. 1.03

server path: /net/rtp/dev/srr, block size = 100 bytes, repeat = 500

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 451163200

- message exchange: 878686 ~432230 {49%}

- manager exchange: 907474 ~420140 {46%}

# nice -n-19 cli -nrtp -b1000 -m500

SRR client: vers. 1.03

server path: /net/rtp/dev/srr, block size = 1000 bytes, repeat = 500

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 451163200

- message exchange: 2064542 ~358333 {17%}

- manager exchange: 2113638 ~372487 {18%}

# nice -n-19 cli -nrtp -b3000 -m200

SRR client: vers. 1.03

server path: /net/rtp/dev/srr, block size = 3000 bytes, repeat = 200

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 451163200

- message exchange: 4134249 ~418168 {10%}

- manager exchange: 4181481 ~418139 {10%}

# nice -n-19 cli -nrtp -b5000 -m200

SRR client: vers. 1.03

server path: /net/rtp/dev/srr, block size = 5000 bytes, repeat = 200

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 451163200

- message exchange: 5805056 ~252663 {4%}

- manager exchange: 5825837 ~229120 {4%}

# nice -n-19 cli -nrtp -b8000 -m200

SRR client: vers. 1.03

server path /net/rtp/dev/srr, block size = 8000 bytes, repeat = 200

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 451163200

- message exchange: 8741090 ~446299 {5%}

- manager exchange: 8788642 ~427459 {5%}

# nice -n-19 cli -nrtp -b10000 -m200

SRR client: vers. 1.03

server path: /net/rtp/dev/srr, block size = 10000 bytes, repeat = 200

CPU speed [c.p.s.]: client = 534639500, server = 451163200

- message exchange: 8971296 ~451857 {5%}

- manager exchange: 9731224 ~301409 {3%}

В этом варианте основной компонент задержки вносится передачей данных по физическому каналу; разница между реализациями обмена сообщениями и менеджера ресурсов в значительной степени нивелирована.

Наш второй клиент ( файл clr.cc ), неизменно работающий с тем же сервером, весьма похож на предыдущий, но он массированно «гонит» поток данных на сервер, пользуясь только одним из механизмов (ключ -d) до прекращения его выполнения пользователем по ^C. Результат его работы — средняя плотность потока информации за весь интервал работы.

#include "common.h"

static bool conti = true;

// завершение процесса по сигналу пользователя (SIGINT - ^C)

inline static void trap(int signo) { conti = false; }

int main(int argc, char **argv) {

cout << "SRR repeater: " << VERSION << endl;

int opt, val;

unsigned int blk = 100;

char PATH[_POSIX_PATH_MAX] = "";

bool lowlvl = true;

while ((opt = getopt(argc, argv, "n:b:d")) != -1) {

switch(opt) {

case 'n': // имя сетевого узла

strcpy(PATH, "/net/");

strcat(PATH, optarg);

break;

case 'b': // размер блока данных

if (sscanf(optarg, "%i", &blk) ! = 1)

exit("parse command line failed");

break;

case 'd': // обмен сообщениями

lowlvl = false;

break;

default:

exit(EXIT_FAILURE);

}

}

strcat(PATH, DEVNAME);

cout << "server path: " << PATH

<< ", block size = " << blk << " bytes" << endl;

// при инициализации мы сразу получаем скорость процессора клиента

result data;

cout << "CPU speed [c.p.s.]: client = " << data.cps;

uint64_t cps = data.cps;

// пытаемся подключиться к серверу-менеджеру

int fd = open(PATH, O_RDONLY);

if (fd < 0) exit("server not found");

// читаем его параметры

if (read(fd, &data, sizeof(result)) == -1)

exit("parameter block read");

cout << ", server = " << data.cps << endl;

// определяем дескриптор сетевого узла

int32_t node = netmgr_strtond(PATH, NULL);

if (node == -1 && fd > 0 && errno == ENOENT)

node = ND_LOCAL_NODE;

// по адресным данным, полученным ранее по read(), создаем

// канал для прямого обмена сообщениями с тем же процессом

int coid = ConnectAttach(node, data.pid, data.chid, _NTO_SIDE_CHANNEL, 0);

if (coid < 0) exit("connect to message channel");

// динамически готовим код команды devctl():

unsigned int DCTL = (blk << 16) + DCMD_SRR;

cout << " . . . . . waiting ^C . . . . . " << flush;

// устанавливается реакция на пользовательский ^C

signal(SIGINT, trap);

uint64_t num = 0;

uint8_t *bufin = new uint8_t[blk], *bufou = new uint8_t[blk];

uint64_t tim = ClockCycles();

// в зависимости от выбранного механизма передаем с его помощью данные

if (lowlvl)

while (true) {

if (MsgSend(coid, bufou, blk, bufin, blk) == -1)

exit("exchange data with channel");

num++;

if (!conti) break;

}

else {

while (true) {

if (devctl(fd, DCTL, bufou, blk, NULL) != EOK)

exit("DEVCTL error");

num++;

if (!conti) break;

}

}

tim = ClockCycles() - tim;

cout << '\r' << (lowlvl ? "message exchange:" : "manager exchange:") <<

" number = " << num << "; stream = "

<< (double)num * blk / ((double)tim / (double)cps) / 1E6 * 8 <<

" Mbit/sec" << endl;

ConnectDetach(coid);

close(fd);

delete [] bufin;

delete [] bufou;

return EXIT_SUCCESS;