C言語のwriteシステムコールで出力文字以上のバッファサイズ確保したとき書き込み速度が増加する理由

Question

C言語のwriteについて

C言語のwriteシステムコールで出力文字以上のバッファサイズ確保を行った場合、大きくすればするほど実行速度が早くなるのですがなぜですか？メモリの数の単位が違ったりするのでしょうか。はじめは毎回余分に確保するためむしろ遅くなるのかなと思っていました。一度確保した領域で余った領域に重複して確保するため実際に確保する領域が減ったからと推測するのですがあってますか？

該当のソースコード

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

char buf[] = "aaaaaaaaaa";
int main(int argc, char **argv){
       int size, n, i;
       if (argc < 3)
               return 1;
       size =(int) atof(argv[1]);
       n = atoi(argv[2]);
       for (i = 0; i < size; i += n)
              write(1,buf,n);
       return 0;
}

試したこと

time ./a.out 1e8 10
time ./a.out 1e8 100

Answer 1

n=100はn=10に対して、writeする回数が1/10なので速いのは当然です。

承知の上かも知れませんが、n=100は、変数として確保した以上のメモリをアクセスしていますので、動いているのはたまたまです。

Comments

[otn]

> 出力文字以上のバッファサイズ確保したとき

という表現からすると、nの意味を理解していない可能性もありますね。

[Popinpon]

すいません。試したかったコードが間違ってました。加えて試したいことについての補足が足りなかったというのもあります。当初、全体的には同じ文字数で、ループ毎に書き込むときにbuf以下または以上のサイズで書き込んだ場合のwriteの挙動や実行速度がどうなるのかを見たくてやってました。buf以下の文字数で書き込むときはよくみるのですが、それより大きい無駄な領域を指定しても書き込み自体はできたのでこの実行速度はどうなるのかが気になった次第です。

[otn]

ああ、最初の回答者は本人だったんですね。
「なんか、わけのわからないこと書いてる回答者がいるなあ」と無視していました。
今後は、回答に書くのでなく、質問に追記しましょう。

> 書き込む回数が減っていたので単純に書き込む文字も減っているからですね。

間違ってます。
10バイトを1e7回書くのも、100バイトを1e6回書くのも、どちらも1e8バイト書くという点では同じです。

> buf以上のときは毎回書き込む文字数は同じなので書き換えました。

これも間違ってます。
1回で書くのはcountバイトです。

やはり、write()の動作を理解していないと言うことですね。
write(1, buf, count);
は、buf番地からcountバイトのデータを書き込みます。
bufという変数のサイズはwriteの動作に関係ないです。

> このコードに変更すると文字数より大きいと実行時間が伸びました。

今度は、1e8 10 と 1e8 100 だと、
10バイトを1e7回書くのと、100バイトを1e7回書くのとの違いなので、後者が時間が掛かるのは当然です。

Answer 2

すいませんテストするコードが間違ってますね。書き込む回数が減っていたので単純に書き込む文字も減っているからですね。buf以上のときは毎回書き込む文字数は同じなので書き換えました。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
char buf[] = "aaaaaaaaaa";
main(int argc, char **argv)
{
       int size, n, i,count;
       if (argc < 3)
               return 1;
       size =(int) atof(argv[1]);
       count=n = atoi(argv[2]);
       if (count >= sizeof(buf))
        n=sizeof(buf)-1;

      for (i = 0; i < size; i += n)
              write(1,buf,count);
       return 0;
}

このコードに変更すると文字数より大きいと実行時間が伸びました。

Comments

[dodox86]

コード、間違っていませんか。buf以上のとき、buf以上のサイズ(count)で書いています。書き込む回数もちょっと？、です。
count=n = atoi(argv[2]);
if (count >= sizeof(buf))
n=sizeof(buf)-1;
for (i = 0; i < size; i += n)
write(1,buf,count);

さらに、buf以上のとき、bufに続く無効な領域のデータを書き込んでいるようにみえます。
たまたまエラーにはなっていませんが、場合によってはセグメンテーション違反です。

[Popinpon]

すいません。試したいことについての補足が足りなかったかもしれません。全体的には同じ文字数で、ループ毎に書き込むときにbuf以下または以上のサイズで書き込んだ場合のwriteの挙動や実行速度がどうなるのかを見たくてやってました。buf以下の文字数で書き込むときはよくみるのですが、それより大きい無駄な領域を指定しても書き込み自体はできたのでこの実行速度はどうなるのかが気になった次第です。このときファイル自体にはaしか実際には書き込まれていなかったので無効な領域を書き込むというのはどういうことですか？ただ書き込む領域が確保されたのでしょうか。

[dodox86]

> このときファイル自体にはaしか実際には書き込まれていなかったので無効な領域を書き込むというのはどういうことですか？ただ書き込む領域が確保されたのでしょうか。

char buf[] = "aaaaaaaaaa";
この場合、char配列に割り当てられたバイト数は"aaaaaaaaaa"の10バイト＋末端の'\0'で合計11バイトです。こちらの回答では以下のようになっていて、
n = atoi(argv[2]);
for (i = 0; i < size; i += n)
write(1,buf,n);
例えばarg[2]が100であれば、write(1(=標準出力), buf(=bufの先頭アドレス), n(=100バイト)); です。bufの11バイトの先、それ以降の領域を読み出し、writeで書き込もうとしているわけです。現状ではサイズが小さいから問題は発現していませんが、この値が大きい値、数千とか数万であった場合、OSから割り当てられていない領域までwriteのシステムコールの中から読み出そうとするかたちになるので、
エラー、（セグメンテーション違反）が起きるかもしれない、いや、起きても当然、と言う指摘です。write でアクセスする範囲は、プログラマー（つまり、Popinpon）さんが責任をもって確保した領域でなければいけません。