Question

Go和C都直接涉及系统调用（从技术上讲，C将调用存根）。

从技术上讲，写入既是系统调用又是C函数（至少在许多系统上）。但是，C函数只是一个调用系统调用的存根。 Go不会调用此存根，而是直接调用系统调用，这意味着C不在此处

来自Differences between C write call and Go syscall.Write

我的基准测试显示，纯C系统调用比最新版本（go1.11）中的纯Go系统调用快15.82％。

我想念什么？可能是什么原因以及如何对其进行优化？

基准：

开始：

package main_test

import (
    "syscall"
    "testing"
)

func writeAll(fd int, buf []byte) error {
    for len(buf) > 0 {
        n, err := syscall.Write(fd, buf)
        if n < 0 {
            return err
        }
        buf = buf[n:]
    }
    return nil
}

func BenchmarkReadWriteGoCalls(b *testing.B) {
    fds, _ := syscall.Socketpair(syscall.AF_UNIX, syscall.SOCK_STREAM, 0)
    message := "hello, world!"
    buffer := make([]byte, 13)
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        writeAll(fds[0], []byte(message))
        syscall.Read(fds[1], buffer)
    }
}

C：

#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>

int write_all(int fd, void* buffer, size_t length) {
    while (length > 0) {
        int written = write(fd, buffer, length);
        if (written < 0)
            return -1;
        length -= written;
        buffer += written;
    }
    return length;
}

int read_call(int fd, void *buffer, size_t length) {
    return read(fd, buffer, length);
}

struct timespec timer_start(){
    struct timespec start_time;
    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start_time);
    return start_time;
}

long timer_end(struct timespec start_time){
    struct timespec end_time;
    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end_time);
    long diffInNanos = (end_time.tv_sec - start_time.tv_sec) * (long)1e9 + (end_time.tv_nsec - start_time.tv_nsec);
    return diffInNanos;
}

int main() {
    int i = 0;
    int N = 500000;
    int fds[2];
    char message[14] = "hello, world!\0";
    char buffer[14] = {0};

    socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fds);
    struct timespec vartime = timer_start();
    for(i = 0; i < N; i++) {
        write_all(fds[0], message, sizeof(message));
        read_call(fds[1], buffer, 14);
    }
    long time_elapsed_nanos = timer_end(vartime);
    printf("BenchmarkReadWritePureCCalls\t%d\t%.2ld ns/op\n", N, time_elapsed_nanos/N);
}

340个不同的运行，每个C运行包含500000个执行，每个Go运行包含b.N个执行（主要是500000，在1000000次中执行了几次）：

2个独立平均值的T检验：t值为-22.45426。 p值<.00001。结果在p <.05时很明显。

2个从属均值的T检验计算器：t的值为15.902782。 p的值<0.00001。结果在p≤0.05时很明显。

更新：我在答案中管理了提案，并编写了另一个基准测试，它表明所提出的方法大大降低了大规模I / O调用的性能，其性能接近CGO调用。

基准：

func BenchmarkReadWriteNetCalls(b *testing.B) {
    cs, _ := socketpair()
    message := "hello, world!"
    buffer := make([]byte, 13)
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        cs[0].Write([]byte(message))
        cs[1].Read(buffer)
    }
}

func socketpair() (conns [2]net.Conn, err error) {
    fds, err := syscall.Socketpair(syscall.AF_LOCAL, syscall.SOCK_STREAM, 0)
    if err != nil {
        return
    }
    conns[0], err = fdToFileConn(fds[0])
    if err != nil {
        return
    }
    conns[1], err = fdToFileConn(fds[1])
    if err != nil {
        conns[0].Close()
        return
    }
    return
}

func fdToFileConn(fd int) (net.Conn, error) {
    f := os.NewFile(uintptr(fd), "")
    defer f.Close()
    return net.FileConn(f)
}

上图显示，有100种不同的运行，每个C运行包含500000次执行，每个Go运行包含b.N次执行（主要是500000，在1000000次中执行了几次）

Answer 1

我的基准测试显示，纯C系统调用比最新版本（go1.11）中的纯Go系统调用快15.82％。

我想念什么？可能是什么原因以及如何对其进行优化？

原因是，虽然C和Go（在Go支持的典型平台上，例如Linux或* BSD或Windows）都被编译为机器代码，但是Go-native代码在与C完全不同的环境中运行

与C的两个主要区别是：

Go代码在goroutine的上下文中运行，这些goroutine由Go运行时在不同的OS线程上自由调度。
Goroutine使用它们自己的（可增长和可重新分配）轻量级堆栈，这与操作系统提供的堆栈C代码使用无关。

因此，当Go代码想要进行系统调用时，应该发生很多事情：

即将进入系统调用的goroutine必须“固定”在当前正在运行的OS线程上。
必须将执行切换为使用操作系统提供的C堆栈。
在Go运行时的调度程序中进行了必要的准备。
goroutine进入系统调用。
退出goroutine的执行后必须恢复执行，这本身就是一个相对复杂的过程，如果goroutine在系统调用中的时间太长并且调度程序删除了goroutine，则可能会另外受到阻碍。在该goroutine下方创建了所谓的“处理器”，产生了另一个OS线程并使该处理器运行另一个goroutine（“ processors”或P是在OS线程上运行goroutine的东西）。

更新回答OP的评论

<...>因此，没有办法进行优化，我必须忍受如果进行大量IO调用，对吗？

这在很大程度上取决于您所追求的“大规模I / O”的性质。

如果您的示例（带有socketpair(2)）不是玩具，则完全没有理由直接使用系统调用：socketpair(2)返回的FD是“可轮询的”，因此Go运行时可以使用其本机代码“ netpoller”机器以对其执行I / O。这是我的一个项目中的工作代码，可以正确地“包装” socketpair(2)产生的FD，以便可以将它们用作“常规”套接字（由net标准包中的函数产生）： / p>

func socketpair() (net.Conn, net.Conn, error) {
       fds, err := syscall.Socketpair(syscall.AF_LOCAL, syscall.SOCK_STREAM, 0)
       if err != nil {
               return nil, nil, err
       }

       c1, err := fdToFileConn(fds[0])
       if err != nil {
               return nil, nil, err
       }

       c2, err := fdToFileConn(fds[1])
       if err != nil {
               c1.Close()
               return nil, nil, err
       }

       return c1, c2, err
}

func fdToFileConn(fd int) (net.Conn, error) {
       f := os.NewFile(uintptr(fd), "")
       defer f.Close()
       return net.FileConn(f)
}

如果您正在谈论其他类型的I / O，答案是肯定的，系统调用并不便宜，并且如果您必须执行许多操作，则有多种方法可以解决它们的成本（例如卸载到链接或作为外部进程链接的某些C代码），这会以某种方式 batch ，使每次对该C代码的调用都将导致C进行几次系统调用侧面）。

去syscall v.s. C系统调用

1 个答案: