Linux 上的相同程序比 Windows 更快——为什么？答案

【问题标题】：Same program faster on Linux than Windows -- why?Linux 上的相同程序比 Windows 更快——为什么？
【发布时间】：2011-12-25 16:34:08
【问题描述】：

解决方案在问题Executable runs faster on Wine than Windows -- why? Glibc 的floor() 可能是根据系统库实现。

我有一个非常小的 C++ 程序（约 100 行）用于物理模拟。我在同一台计算机上的 Ubuntu Oneiric 和 Windows XP 上使用 gcc 4.6.1 编译了它。我使用了完全相同的命令行选项（相同的 makefile）。

奇怪的是，在 Ubuntu 上，程序完成的速度比在 Windows 上快得多（~7.5 秒对 13.5 秒）。此时我认为这是编译器的差异（尽管使用相同的版本）。

但更奇怪的是，如果我在 wine 下运行 Windows 可执行文件，它仍然比在 Windows 上快（我得到 11 秒的“真实”时间和 7.7 秒的“用户”时间——这包括 wine 启动。）

我很困惑。当然，如果相同的代码在同一个 CPU 上运行，那么时间上应该不会有差异。

这可能是什么原因？我做错了什么？

该程序执行最少的 I/O（输出单行），并且仅使用来自 STL 的固定长度 vector（即不应涉及系统库）。在 Ubuntu 上我使用了默认的 gcc，在 Windows 上我使用了Nuwen distribution。我在进行基准测试时验证了 CPU 使用率接近于零（我关闭了大多数程序）。在 Linux 上，我使用 time 进行计时。在 Windows 上，我使用了timethis.exe。

更新

我做了一些更精确的计时，比较了 Windows XP、Wine 和 Linux 上 gcc 和 msvc 编译程序的不同输入的运行时间（运行时间必须与输入成比例）。所有数字都以秒为单位，并且至少是 3 次运行的最小值。

在 Windows 上我使用timethis.exe（墙上时间），在 Linux 和 Wine 上我使用时间（CPU 时间）。（timethis.exe 在 Wine 上损坏）我确定没有其他程序在使用 CPU 并禁用了病毒扫描程序。

gcc 的命令行选项是 -march=pentium-m -Wall -O3 -fno-exceptions -fno-rtti（即异常被禁用）。

我们从这些数据中看到的：

差异不是由于进程启动时间，因为运行时间与输入成正比
在 Wine 和 Windows 上运行的区别只存在于 gcc 编译的程序，而不是 msvc 编译的程序：不能由其他程序在 Windows 上占用 CPU 或 timethis.exe 被破坏.

【问题讨论】：

这个东西占用了多少内存？您是否尝试过在分析器下运行它？
这就像说如果 2 辆不同的汽车（一辆卡车和一辆小型跑车）使用相同的引擎，它们应该以相同的速度加速？
会不会是Windows上的启动时间比较长？如果让程序运行时间更长，对 Windows 和 Linux 的时差有何影响？
@bdonlan 根据 Process Explorer，它使用的内存不到 1 MB。
@celtschk 我会检查的。我无法快速回复，因为我需要重新启动才能在 Linux 上进行测试。

标签： c++ windows linux gcc benchmarking

【解决方案1】：

您会惊讶于所涉及的系统库。只需在您的应用上执行 ldd，然后查看使用了哪些（好吧，没那么多，但肯定是 glibc）。

为了完全相信您对执行速度的发现，您需要按顺序运行您的应用几次并取平均执行时间。可能是操作系统加载器比较慢（虽然 4s 是一个很长的加载时间）。

其他非常可能的原因是：

不同的 malloc 实现
异常处理，如果使用到极端可能会导致速度变慢（Windows GCC、MinGW，可能不是最佳的异常处理明星）
依赖于操作系统的初始化：需要在 Windows 上的程序启动时完成的事情，而不是在 Linux 上。

其中大部分都很容易进行基准测试；-)

更新您的更新：您现在唯一能做的就是配置文件。停止猜测，让分析器告诉你时间花在了哪里。使用 gprof 和 Visual Studio 内置分析器并比较在不同函数中花费的时间。

【讨论】：

我跑了很多次，以确保时间正确（我学的是物理，所以我在实验课上学到了这一课）。好的，所以首先我将单次运行时间增加到一分钟以上，我将禁用异常（我没有使用它们），将使用 C 样式数组代替 std::vector 来摆脱所有malloc/new，那我再试一次。这需要一段时间，因为我也需要重新启动。
请查看我对问题的编辑。我排除了第 2 点和第 3 点。第 1 点仍然是一种可能性，但据我了解，我的程序不应该在堆上分配内存，除非在启动时初始化 std::vector。

【解决方案2】：

在代码中进行基准测试。也尝试用visual studio编译。在 Windows 上，如果您有一些应用程序（例如 Yahoo Messenger）正在安装挂钩，它们可以很容易地减慢您的应用程序加载时间。

在 Windows 上，您拥有：QueryPerformanceCounter 在 Linux 上：clock_gettime

【讨论】：

【解决方案3】：

显然差异与系统有关。

您可以使用strace 来了解系统调用的执行情况，例如

strace -o /tmp/yourprog.tr yourprog

然后查看/tmp/yourprog.tr

（如果 Windows 上存在 strace 的等效项，请尝试使用它）

也许您的程序正在分配内存（使用mmap 系统调用），也许与内存相关的系统调用在 Linux（甚至在 Wine）上比在 Windows 上更快？或者其他一些系统调用在 Linux 上提供比在 Windows 上更快的功能。

注意。我对 Windows 一无所知，因为我从 1986 年开始使用 Unix 系统，从 1993 年开始使用 Linux。

【讨论】：

我会试试的。关于您对标题的编辑，相同的可执行文件也存在差异，在 Windows 或 Wine 上运行（不仅仅是在不同系统上编译源代码时）。这对我来说真的很奇怪。
当你使用 Wine 时，你是在间接使用 Linux 内核。所以这并不奇怪（在 Wine 和 Linux 下，你使用的是同一个内核）。