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存储是移动应用性能的瓶颈?

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Revisiting Storage for Smartphones 是今年 FAST 会议上的最佳论文,这篇论文提出了一个违背直觉的观点,很有意思。这里简单介绍一下这篇论文的内容,有兴趣的朋友可以直接访问前面的链接下载原文或是观看现场录像。

传统的观点认为,移动应用性能的主要瓶颈在网络和 CPU,而闪存的读写速率明显高于网络传输速度,不会称为性能的瓶颈。然而,根据右图作者给出的关于移动存储性能的图例(纵坐标单位为 Mbps,本文图片均来自演讲 slides 和原论文),我们可以看到,虽然移动存储顺序读写的性能明显高于 wifi 和 3G,但是随机写的性能却比它们差很多,因此移动存储成为应用性能瓶颈是完全有可能的。

为了证明移动存储的确会给应用带来不小的性能影响,作者在 Nexus One 上尝试了多个应用,并测试它们在使用不同配置时的性能表现。

下图为一个浏览器应用的测试结果(基于 WebKit,测试了 50 个网站)。左侧柱状图展示了使用不同价位的存储卡时,该测试的性能表现。可以看到,不同存储卡的带来的性能影响非常大,Kingston 甚至产生了 20 倍左右的性能差别。另外值得注意的是,图中蓝色柱子表示的是在 wifi 条件下的性能,灰色柱子表示的是通过 USB 连接电脑网络时的性能。右侧柱状图中可以看到,USB 连接网络的性能比 wifi 连接快 10 倍左右,即使如此,左图中蓝色柱和灰色柱的差别不大,从而可以看出网络提升 10 倍后对总的性能影响还是不大(不过我觉得这里 wifi 连接的速度已经很快了,可能加一个 3G 的测试会更公平一点)。

作者还测试了 Facebook、地图、邮件、安装程序等应用在不同配置下的表现,均得出了好的闪存卡能明显提升应用速度的结论。

既然存储卡的性能影响这么大,有没有优化的空间呢?上图是作者关于浏览器优化的一些测试。浏览器保存在磁盘上的数据主要有两种,一种是缓存,以 write-back 的方式写到磁盘;另一种是缓存索引等数据,以同步的方式写到磁盘的 SQLite 数据库文件中。上图中可以看到,把浏览器的缓存放在内存中对性能提升并不大(A),把数据库文件放到内存中则能明显提升应用的性能(B),而如果把数据库文件的写操作改成异步的方式,也能提升应用的性能(D)。由此可见,SQLite 数据库操作是影响应用性能的主要原因。应用使用 SQLite 数据库有时只是为了方便,而不需要它保证一定的可靠性。同时可以看出 SQLite 的写操作是相当随机的。

最后作者还给出了一些可能的优化的方案,例如使用 RAID,采用日志式文件系统,或是由应用指定异步/同步操作等。不过这些都不是这篇论文的重点了。可以预见的是,这篇论文挖了一个好坑,将来肯定会有更多的论文研究如何提高闪存上移动应用存储的性能。

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