Linux下pipe使用注意事项

转自：http://blog.yufeng.info/archives/1485

Linux下的pipe使用非常广泛, shell本身就大量用pipe来粘合生产者和消费者的. 我们的服务器程序通常会用pipe来做线程间的ipc通讯. 由于unix下的任何东西都是文件,只要是文件,在读取的时候,,就会设置last access time, 所以pipe也不例外., 但是这个时间对我们没有意义如果pipe使用的非常频繁的时候会碰到由于设置访问时间导致的性能问题. 这个开销远比pipe读写的本身开销大. 相比文件读写的开销, atime微不足道,但是对pipe来讲就不同了.
这个事情是上次和多隆同学在把玩他的网络框架的时候,无意发现的.

我们来分析下pipe的这部分代码:

//pipe.c:L349

static ssize_t

pipe_read(struct kiocb *iocb, const struct iovec *_iov,

               unsigned long nr_segs, loff_t pos)

{

...

   if (ret > 0)

        file_accessed(filp);

    return ret;

}

我们可以看到在pipe读的时候要设置 file_accessed时间的,接着:

//fs.h:L1761

extern void touch_atime(struct vfsmount *mnt, struct dentry *dentry);

static inline void file_accessed(struct file *file)

{

        if (!(file->f_flags & O_NOATIME))

                touch_atime(file->f_path.mnt, file->f_path.dentry);

}

如果文件没设置 O_NOATIME就真正动手设置atime,接着:

//inode.c:L1493

void touch_atime(struct vfsmount *mnt, struct dentry *dentry)

{

        struct inode *inode = dentry->d_inode;

        struct timespec now;

        if (inode->i_flags & S_NOATIME)

                return;

        if (IS_NOATIME(inode))

                return;

        if ((inode->i_sb->s_flags & MS_NODIRATIME) && S_ISDIR(inode->i_mode))

                return;

        if (mnt->mnt_flags & MNT_NOATIME)

                return;

        if ((mnt->mnt_flags & MNT_NODIRATIME) && S_ISDIR(inode->i_mode))

                return;

        now = current_fs_time(inode->i_sb);

        if (!relatime_need_update(mnt, inode, now))

                return;

        if (timespec_equal(&inode->i_atime, &now))

                return;

        if (mnt_want_write(mnt))

                return;

        inode->i_atime = now;

        mark_inode_dirty_sync(inode);

        mnt_drop_write(mnt);

}

我们可以看出上面的流程还是比较复杂的,开销也很大.
我们来演示下:

$ cat > pipe_test.c

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <assert.h>

#include <pthread.h>

#include <fcntl.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <linux/unistd.h>

static int fds[2];

static pthread_t rp;

static void *rp_entry(void *arg) {

  char c[1];

  while (1 == read(fds[0], c, 1)) {

    if (*c == 'Q') break;

  }

  fprintf(stderr, "pipe read ok
");

  return NULL;

}

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

  long i, n;

  int rc;

  if (argc < 2) {

    fprintf(stderr, "usage: pipe_test NNNNNN
");

    return -1;

  }

  n = atol(argv[1]);

  pipe(fds);

  //fcntl(fds[0], F_SETFL, O_NOATIME);

  pthread_create(&rp, NULL, rp_entry, NULL);

  fprintf(stderr, "pipe write %ld...", n);

  for (i = 0; i < n; i++) {

    write(fds[1], "A", 1);

  }

  write(fds[1], "Q", 1);

  fprintf(stderr, "ok
");

  pthread_join(rp, NULL);

  close(fds[0]);

  close(fds[1]);

  return 0;

}

CTRL+D

$ gcc -D_GNU_SOURCE pipe_test.c -lpthread

$ sudo opcontrol --setup --vmlinux=/usr/lib/debug/lib/modules/2.6.18-164.el5/vmlinux

$ sudo opcontrol --init && sudo opcontrol --reset && sudo opcontrol --start

$ ./a.out 10000000

pipe write 10000000...ok

pipe read ok

$ sudo opcontrol --shutdown

$ opreport -l|less            

samples  %        app name                 symbol name

378654   92.7742  vmlinux                  .text.acpi_processor_idle

12978     3.1797  vmlinux                  current_fs_time

2530      0.6199  vmlinux                  thread_return

2345      0.5745  vmlinux                  touch_atime

2253      0.5520  vmlinux                  .text.acpi_safe_halt

1597      0.3913  vmlinux                  timespec_trunc

1368      0.3352  vmlinux                  file_update_time

1253      0.3070  vmlinux                  __mark_inode_dirty

901       0.2208  vmlinux                  pipe_writev

768       0.1882  vmlinux                  __mutex_lock_slowpath

763       0.1869  vmlinux                  try_to_wake_up

270       0.0662  vmlinux                  copy_user_generic_unrolled

254       0.0622  vmlinux                  acpi_set_register

254       0.0622  vmlinux                  system_call

233       0.0571  vmlinux                  pipe_readv

188       0.0461  vmlinux                  dnotify_parent

167       0.0409  vmlinux                  mutex_unlock

...

我们可以看到touch_atime的开销很大,远比pipe的读写大.
这次把这行注释去掉: fcntl(fds[0], F_SETFL, O_NOATIME); 指示pipe在读的时候不更新atime,看下效果:

$ opreport -l|less

samples  %        app name                 symbol name

599018   95.2466  vmlinux                  .text.acpi_processor_idle

4140      0.6583  vmlinux                  .text.acpi_safe_halt

3281      0.5217  vmlinux                  thread_return

2812      0.4471  vmlinux                  current_fs_time

2615      0.4158  vmlinux                  file_update_time

1790      0.2846  vmlinux                  __mutex_lock_slowpath

1657      0.2635  vmlinux                  timespec_trunc

1341      0.2132  vmlinux                  try_to_wake_up

1281      0.2037  vmlinux                  mutex_unlock

1080      0.1717  vmlinux                  mutex_lock

1001      0.1592  vmlinux                  pipe_readv

925       0.1471  vmlinux                  pipe_writev

这下看不到touch_atime了,开销省了,对于高性能服务器是很重要的.
小结: 细节很重要,记得开文件open的时候设置O_NOATIME或者用fcntl搞定它.
祝玩得开心!

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