Qt 程序的速度性能：Windows 与 Linux答案

【问题标题】：Speed performance of a Qt program: Windows vs LinuxQt 程序的速度性能：Windows 与 Linux
【发布时间】：2012-10-04 10:40:06
【问题描述】：

我已经发布了这个问题here，但由于它可能不是特定于 Qt 的，所以我想我也可以在这里试试我的机会。我希望这样做不是不合适的（如果是，请告诉我）。

我开发了一个小型科学程序，可以执行一些数学计算。我已经尝试对其进行优化，以使其尽可能快。现在我几乎完成了为 Windows、Mac 和 Linux 用户部署它。但是我还不能在很多不同的计算机上测试它。

让我感到困扰的是：为了部署 Windows，我使用了一台同时安装了 Windows 7 和 Ubuntu 12.04 的笔记本电脑（双启动）。我比较了在这两个系统上运行的应用程序的速度，我震惊地发现 它在 Windows 上至少慢了一倍！如果有一点点差异，我不会感到惊讶，但是如何解释这样的差异呢？

以下是一些精度：

我让程序做的计算只是一些残酷而愚蠢的数学计算，基本上，它在一个称为十亿次的循环中计算乘积和余弦。另一方面，计算是多线程的：我启动了类似 6 个 QThreads 的东西。
笔记本电脑有两个内核@1.73Ghz。起初我以为 Windows 可能没有使用其中一个内核，但后来我查看了处理器活动，根据小图，两个内核都在 100% 运行。
然后我认为适用于 Windows 的 C++ 编译器没有使用适用于 Linux 的 C++ 编译器自动执行的优化选项（如 -O1 -O2），但显然确实如此。

我很烦恼这个应用在 Windows 上的速度太慢了（2 到 4 倍），这真的很奇怪。另一方面，我还没有在其他装有 Windows 的计算机上尝试过。不过，您知道为什么会有差异吗？

附加信息：一些数据……

尽管 Windows 似乎使用两个内核，但我认为这可能与线程管理有关，原因如下：

示例计算 n°1（这个启动 2 个 QThreads）：

PC1-windows：7.33s
PC1-linux：3.72s
PC2-linux：1.36s

Sample Computation n°2（这个启动 3 个 QThreads）：

PC1-windows：6.84s
PC1-linux：3.24s
PC2-linux：1.06s

Sample Computation n°3（这个启动 6 个 QThreads）：

PC1-windows：8.35s
PC1-linux：2.62s
PC2-linux：0.47s

地点：

PC1-windows = 我的装有 Windows 7 的 2 核笔记本电脑 (@1.73Ghz)
PC1-linux = 我的 Ubuntu 12.04 的 2 核笔记本电脑 (@1.73Ghz)
PC2-linux = 我的 8 核笔记本电脑 (@2.20Ghz) 和 Ubuntu 12.04

（当然，PC2的速度更快并不令人震惊。让我难以置信的是PC1-windows和PC1-linux之间的区别）。

注意：我还尝试在最近的 PC（4 或 8 核 @~3Ghz，不记得确切）上在 Mac OS 下运行该程序，速度与 PC2-linux 相当（或略快）。

编辑：我将在这里回答我在 cmets 中被问到的几个问题。

我刚刚在 Windows 上安装了 Qt SDK，所以我想我拥有所有东西的最新版本（包括 MinGW？）。编译器是 MinGW。 Qt 版本是 4.8.1。
我没有使用优化标志，因为我注意到当我以发布模式（使用 Qt Creator）构建时它们会自动使用。在我看来，如果我写像 QMAKE_CXXFLAGS += -O1 这样的东西，这只对调试版本有影响。
线程的生命周期等：这很简单。当用户单击“计算”按钮时，会同时启动 2 到 6 个线程（取决于他正在计算的内容），当计算结束时它们将被终止。没什么太花哨的。每个线程都只是进行残酷的计算（实际上除了一个，它每 30 毫秒进行一次（不是那么小）计算，主要是检查错误是否足够小）。

编辑：最新进展和部分答案

这里有一些新的发展可以为这一切提供答案：

我想确定速度差异是否真的与线程有关。所以我修改了程序，使计算只使用 1 个线程，这样我们就可以比较“纯 C++ 代码”的性能。事实证明，现在 Windows 只比 Linux 慢一点（大约 15%）。所以我猜差异的一小部分（但并非不重要）是系统固有的，但最大的部分是由于线程管理。
正如 cmets 中的某个人（Luca Carlon，感谢您）所建议的那样，我尝试使用 Microsoft Visual Studio (MSVC) 的编译器而不是 MinGW 来构建应用程序。令人惊讶的是，计算（包含所有线程和所有内容）现在“仅”比 Linux 慢 20% 到 50%！我想我会继续前进并对此感到满意。我注意到奇怪的是，“纯 C++”计算（只有一个线程）现在甚至更慢（比使用 MinGW），这必须解释整体差异。据我所知，MinGW 比 MSVC 稍好一点，只是它处理线程的方式像个白痴。

所以，我在想要么我可以做一些事情来让 MinGW（我宁愿使用它而不是 MSVC）更好地处理线程，或者它不能。我会很惊讶，它怎么可能不为人所知和记录在案？虽然我想我应该小心不要太快得出结论，但我只在一台计算机上进行了比较（目前）。

【问题讨论】：

嗯，很有可能因为 Qt 是在 UNIX 系统上为 pthread 设计的，所以它在 Win32 上的实现并不那么好。
我相信你必须手动启用windows线程kde.gr.jp/~ichi/qt/threads.html，你这样做了吗？
@jozefg：我没有意识到这一点。但这是我在官方文档中读到的内容：(doc.qt.digia.com/qt/threads.html) “Qt 的早期版本提供了一个选项来构建不支持线程的库。从 Qt 4.0 开始，线程始终处于启用状态。”我的意思是，我确定多线程正在工作（否则计算将无法工作），但效果如何，我不知道。我什至不知道这种性能对比是否真的是由于多线程造成的。
可能是，嗯，你有没有通过分析器运行它来检查慢的部分在哪里？
您可以尝试使用microsoft visual studio 编译器进行编译并查看结果。

标签： c++ windows linux performance qt

【解决方案1】：

另一个选项可能是：在 linux 上，qt 刚刚加载，这可能会发生，即如果您使用 KDE，而在 Windows 中必须加载库，这样会减慢计算时间。要检查有多少库加载浪费了您的应用程序，您可以使用纯 C++ 代码编写一个虚拟测试。

【讨论】：

感谢您的建议，请参阅我的初始帖子的最新编辑以获取最新发展和部分答案。

【解决方案2】：

我听说过一种情况，如果操作不当，Windows 写入文件的速度会非常慢。（这与Qt无关。）

在这种情况下的问题是，开发人员使用 SQLite 数据库，编写了大约 10000 个数据集，并在每次插入后执行 SQL COMMIT。这导致 Windows 每次都将整个 DB 文件写入磁盘，而 Linux 只会更新 RAM 中文件系统 inode 的缓冲版本。在这种情况下，速度差异甚至更糟：Linux 上为 1 秒，而 Windows 上为 1 分钟。（他把 SQLite 改成最后只提交一次后，在 Windows 上也是 1 秒。）

因此，如果您将计算结果写入磁盘，您可能需要检查是否过于频繁地调用fsync() 或fflush()。如果您的编写代码来自库，您可以使用 strace 来实现这一点（仅限 Linux，但应该会给您一个基本的概念）。

【讨论】：

感谢您的关注和分享您的知识。我相信在我的情况下，解释主要是在线程管理中找到的：请参阅我最新的编辑（有问题）以获取最新的发展和部分答案。

【解决方案3】：

您可能会因互斥锁在 Windows 和 Linux 上的运行方式而遇到性能差异。

Windows 上的纯互斥代码在锁定时每次发生资源争用时可能需要等待 15 毫秒。在 Windows 上性能更好的同步机制是Critical Sections。在大多数情况下，它不会像常规互斥锁那样经历锁定惩罚。

我发现在 Linux 上，常规互斥锁的性能与 Windows 上的关键部分相同。

【讨论】：

自适应互斥体，即由自旋锁包裹的互斥体在许多情况下会更好。适用于 Windows 和 Linux。

【解决方案4】：

这可能是内存分配器，尝试使用来自 Google 的 jemalloc 或 tcmalloc。 Glibc 的 ptmalloc3 明显优于 MSVC 的 crt 中旧的硬壳分配器。来自 Microsoft 的类似选项是 Concurrency CRT，但您不能简单地将其作为替代品。

【讨论】：

【解决方案5】：

我注意到我的 PC 上的行为完全相同。我正在运行 Windows 7（64 位）、Ubuntu（64 位）和 OSX（Lion 64 位），我的程序比较了 2 个 XML 文件（每个文件超过 60Mb）。它也使用多线程（2 个线程）：

-Windows : 40sec

-Linux : 14sec (!!!)

-OSX : 22sec.

我使用个人线程类（而不是 Qt 类），它在 linux/OSX 上使用“pthread”，在 Windows 上使用“threads”。我使用 Qt/mingw 编译器，因为我需要来自 Qt 的 XML 类。

我（目前）没有办法让这 3 个操作系统具有相似的性能......但我希望我能做到！

我认为另一个原因可能是内存：我的程序使用了大约 500Mb 的 RAM。所以我认为 Unix 管理得最好，因为在单线程中，Windows 正好慢 1.89 倍，我不认为 Linux 可以慢 2 倍以上！

【讨论】：