我正试图将大量的数据写入我的SSD(固态硬盘)。我说的巨大是指80GB。

我在网上寻找解决方案,但我想到的最好的办法是:

#include <fstream>
const unsigned long long size = 64ULL*1024ULL*1024ULL;
unsigned long long a[size];
int main()
{
    std::fstream myfile;
    myfile = std::fstream("file.binary", std::ios::out | std::ios::binary);
    //Here would be some error handling
    for(int i = 0; i < 32; ++i){
        //Some calculations to fill a[]
        myfile.write((char*)&a,size*sizeof(unsigned long long));
    }
    myfile.close();
}

使用Visual Studio 2010编译,完全优化,在Windows7下运行,该程序最大可达20MB/s左右。真正困扰我的是,Windows可以以150MB/s到200MB/s之间的速度将文件从另一个SSD复制到这个SSD。至少快7倍。这就是为什么我认为我应该能跑得更快。

有什么办法可以加快我的写作速度吗?


当前回答

这是成功的(在2012年):

#include <stdio.h>
const unsigned long long size = 8ULL*1024ULL*1024ULL;
unsigned long long a[size];

int main()
{
    FILE* pFile;
    pFile = fopen("file.binary", "wb");
    for (unsigned long long j = 0; j < 1024; ++j){
        //Some calculations to fill a[]
        fwrite(a, 1, size*sizeof(unsigned long long), pFile);
    }
    fclose(pFile);
    return 0;
}

我刚刚在36秒内计时了8GB,大约是220MB/s,我认为这将耗尽我的SSD。同样值得注意的是,问题中的代码使用了一个100%的核心,而这段代码只使用了2-5%。

非常感谢大家。

更新:5年过去了,现在是2017年。编译器、硬件、库和我的需求都发生了变化。这就是为什么我对代码做了一些更改,并做了一些新的测量。

首先是代码:

#include <fstream>
#include <chrono>
#include <vector>
#include <cstdint>
#include <numeric>
#include <random>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <cassert>

std::vector<uint64_t> GenerateData(std::size_t bytes)
{
    assert(bytes % sizeof(uint64_t) == 0);
    std::vector<uint64_t> data(bytes / sizeof(uint64_t));
    std::iota(data.begin(), data.end(), 0);
    std::shuffle(data.begin(), data.end(), std::mt19937{ std::random_device{}() });
    return data;
}

long long option_1(std::size_t bytes)
{
    std::vector<uint64_t> data = GenerateData(bytes);

    auto startTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto myfile = std::fstream("file.binary", std::ios::out | std::ios::binary);
    myfile.write((char*)&data[0], bytes);
    myfile.close();
    auto endTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    return std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(endTime - startTime).count();
}

long long option_2(std::size_t bytes)
{
    std::vector<uint64_t> data = GenerateData(bytes);

    auto startTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    FILE* file = fopen("file.binary", "wb");
    fwrite(&data[0], 1, bytes, file);
    fclose(file);
    auto endTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    return std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(endTime - startTime).count();
}

long long option_3(std::size_t bytes)
{
    std::vector<uint64_t> data = GenerateData(bytes);

    std::ios_base::sync_with_stdio(false);
    auto startTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto myfile = std::fstream("file.binary", std::ios::out | std::ios::binary);
    myfile.write((char*)&data[0], bytes);
    myfile.close();
    auto endTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    return std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(endTime - startTime).count();
}

int main()
{
    const std::size_t kB = 1024;
    const std::size_t MB = 1024 * kB;
    const std::size_t GB = 1024 * MB;

    for (std::size_t size = 1 * MB; size <= 4 * GB; size *= 2) std::cout << "option1, " << size / MB << "MB: " << option_1(size) << "ms" << std::endl;
    for (std::size_t size = 1 * MB; size <= 4 * GB; size *= 2) std::cout << "option2, " << size / MB << "MB: " << option_2(size) << "ms" << std::endl;
    for (std::size_t size = 1 * MB; size <= 4 * GB; size *= 2) std::cout << "option3, " << size / MB << "MB: " << option_3(size) << "ms" << std::endl;

    return 0;
}

此代码使用Visual Studio 2017和g++ 7.2.0(新需求)编译。 我用两个设置运行代码:

笔记本电脑,Core i7, SSD, Ubuntu 16.04, g++ Version 7.2.0带有-std=c++11 -march=native -O3 桌面,Core i7, SSD, Windows 10, Visual Studio 2017 Version 15.3.1,带有/Ox /Ob2 /Oi /Ot /GT /GL /Gy

它给出了以下测量值(在抛弃1MB的值后,因为它们是明显的异常值): 两次option1和option3都将耗尽我的SSD。我没有期望看到这个,因为option2曾经是我的旧机器上最快的代码。

TL;DR:我的测量表明在文件上使用std::fstream。

其他回答

如果你想快速写入文件流,那么你可以让stream读缓冲区更大:

wfstream f;
const size_t nBufferSize = 16184;
wchar_t buffer[nBufferSize];
f.rdbuf()->pubsetbuf(buffer, nBufferSize);

此外,当向文件写入大量数据时,逻辑扩展文件大小有时比物理扩展文件大小更快,这是因为在逻辑扩展文件时,文件系统在写入之前不会将新空间归零。明智的做法是在逻辑上对文件进行比实际需要更多的扩展,以防止大量的文件扩展。在Windows上通过调用SetFileValidData或xfsctl在XFS系统上使用XFS_IOC_RESVSP64支持逻辑文件扩展名。

尝试使用内存映射文件。

尝试使用open()/write()/close() API调用并试验输出缓冲区的大小。我的意思是不要一次传递整个“多-多-字节”缓冲区,做几次写入(即TotalNumBytes / OutBufferSize)。OutBufferSize可以从4096字节到兆字节。

另一个尝试——使用WinAPI OpenFile/CreateFile并使用这篇MSDN文章来关闭缓冲(FILE_FLAG_NO_BUFFERING)。这篇关于WriteFile()的MSDN文章展示了如何获取驱动器的块大小以了解最佳缓冲区大小。

不管怎样,std::ofstream是一个包装器,可能会阻塞I/O操作。请记住,遍历整个n gb数组也需要一些时间。当您写入一个小缓冲区时,它会更快地到达缓存并工作。

您是否可以使用FILE*来代替,并衡量您所获得的性能? 有几个选项是使用fwrite/write而不是fstream:

#include <stdio.h>

int main ()
{
  FILE * pFile;
  char buffer[] = { 'x' , 'y' , 'z' };
  pFile = fopen ( "myfile.bin" , "w+b" );
  fwrite (buffer , 1 , sizeof(buffer) , pFile );
  fclose (pFile);
  return 0;
}

如果你决定使用write,试试类似的方法:

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main(void)
{
    int filedesc = open("testfile.txt", O_WRONLY | O_APPEND);

    if (filedesc < 0) {
        return -1;
    }

    if (write(filedesc, "This will be output to testfile.txt\n", 36) != 36) {
        write(2, "There was an error writing to testfile.txt\n", 43);
        return -1;
    }

    return 0;
}

我还建议你研究一下内存映射。这可能就是你的答案。有一次我不得不处理一个20GB的文件,把它存储在数据库中,而这个文件甚至没有打开。因此,解决方案是利用内存映射。不过我在Python中做到了。

最好的解决方案是使用双缓冲实现异步写入。

看看时间轴:

------------------------------------------------>
FF|WWWWWWWW|FF|WWWWWWWW|FF|WWWWWWWW|FF|WWWWWWWW|

“F”表示填充缓冲区的时间,“W”表示将缓冲区写入磁盘的时间。所以问题是在写缓冲区到文件之间浪费时间。然而,通过在一个单独的线程上实现写入,你可以像这样立即开始填充下一个缓冲区:

------------------------------------------------> (main thread, fills buffers)
FF|ff______|FF______|ff______|________|
------------------------------------------------> (writer thread)
  |WWWWWWWW|wwwwwwww|WWWWWWWW|wwwwwwww|

F -填充第一个缓冲区 F -填充第二缓冲区 写入文件的第一个缓冲区 写入第二个缓冲区文件 _ -等待操作完成

当填充缓冲区需要更复杂的计算(因此需要更多时间)时,使用缓冲区交换的这种方法非常有用。 我总是实现一个CSequentialStreamWriter类,它隐藏了异步写入,所以对于最终用户来说,接口只有写入函数。

缓冲区大小必须是磁盘集群大小的倍数。否则,通过将一个缓冲区写入两个相邻的磁盘集群,您将最终获得较差的性能。

正在写入最后一个缓冲区。 当您最后一次调用Write函数时,必须确保当前正在被填充的缓冲区也应该写入磁盘。因此CSequentialStreamWriter应该有一个单独的方法,比如Finalize(最后的缓冲区刷新),它应该把最后一部分数据写入磁盘。

错误处理。 当代码开始填充第二个缓冲区时,第一个缓冲区正在另一个线程上写入,但是由于某种原因写入失败了,主线程应该知道这个失败。

------------------------------------------------> (main thread, fills buffers)
FF|fX|
------------------------------------------------> (writer thread)
__|X|

让我们假设CSequentialStreamWriter的接口有Write函数返回bool值或抛出异常,因此在一个单独的线程上有一个错误,你必须记住那个状态,所以下次你在主线程上调用Write或finalize时,该方法将返回False或抛出异常。在什么时候停止填充缓冲区并不重要,即使在失败后提前写入了一些数据,文件很可能会损坏并且无用。