如何在 C 中正确计时写入磁盘（即文件）的速度答案

【问题标题】：How to correctly time speed of writing to a disk (i.e. file) in C如何在 C 中正确计时写入磁盘（即文件）的速度
【发布时间】：2022-02-08 17:43:15
【问题描述】：

我有一个运行 Linux 系统的 Zynq SoC，我想计算我可以用 C 语言写入其 SD 卡的速度。

我已经尝试过clock() 和clock_gettime()，对于后者，我做了以下操作：

#define BILLION 1000000000.0
#define BUFFER_SIZE 2097152
...

for (int i=0; i<100; i++) {
    memcpy(buf, channel->dma + offset, BUFFER_SIZE);
    
    /* Open file for output */
    FILE *f = fopen(path, "w");

    /* Start timer */
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);

    /* Write data from cpu ram to sd card*/
    fwrite(buf, 1, BUFFER_SIZE, f);
    fclose(f);

    /* Stop timer and report result */
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
    elapsed_time = (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_nsec - start.tv_nsec) / BILLION;
    printf("%lf seconds\n", elapsed_time);
}

对于 2097152 字节，我得到的时间约为 0.019 秒，我认为这是错误的，因为写入 SD 卡的速度被引用为 10 MB/s，不可能是 110 MB/s我似乎得到了。当我改为将计时代码放在循环之外，并且基本上计算写入整个 100*BUFFER_SIZE 所需的时间时，我得到了更合理的 18 MB/s。

我的问题是，尝试为单个 fwrite 操作计时是否不正确？ clock_gettime() 没有给我足够的准确度/精度吗？我希望获得尽可能快的写入磁盘速度的最准确值，因为它是系统设计中的一个非常重要的参数，因此我得到的这种差异相当令人不安。

【问题讨论】：

clock() 在某些系统上可能具有相当粗略的粒度，使其仅适用于需要几秒钟的定时操作。您还必须关闭磁盘缓冲，或者写入如此大的数量，以致其中大部分内容仍无法在缓存中。
有很多“级别”可以发生缓冲：硬件级别、设备驱动程序级别、操作系统级别、C 库级别（您可以使用fclose()）、应用程序级别（您可以这覆盖了fwrite())...
对单个fwrite 操作计时是否不正确？对于一个字节，是的。对于SIZE_MAX 字节，没有。
顺便说一句，请记住，您正在编写一个程序来计算延迟，而不是吞吐量。从延迟计算吞吐量并非易事：您似乎假设latency = size_of_write / write_speed，由于页面缓存（Linux），fclose（Linux 运行，磁盘可能空闲）等原因通常是错误的。一个更好的选项可能是对页面缓存中的页面进行大量更改，然后为 fsync 操作计时。
谢谢大家。感谢@TSG 了解天真的延迟公式。会在我的报告中出现令人尴尬的部分。

标签： c linux time

【解决方案1】：

Linux 内核经常缓存对磁盘存储的读写访问。也就是说，它从 write 调用返回并在后台进行实际写入。它透明地执行此操作，因此如果您在写入后读取同一个文件，您将获得您写入的结果，即使它们尚未传输并完全写入磁盘。

要强制完成写入，您可以调用fsync 函数。它会阻塞，直到特定文件的所有文件 IO 完成。在你的情况下，打电话给

#include <unistd.h>

...
fwrite(...);
fsync(fileno(f));

应该够了。

编辑
正如 cmets 中提到的@pmg，还有流级别的缓冲。虽然它可能不是那么大的缓冲区，但您可以通过在 fsync 之前调用 fflush() 来强制写入流缓冲区。

【讨论】：

谢谢！ fsync 像魔术一样工作。为了安全起见，我也会将fflush 移到文件中并将fclose() 移出时间。
您可能还想尝试open 和O_SYNC，但这应该不会与在写入后使用fsync 有太大差异。