非常快的文本文件处理 (C++)

very fast text file processing (C++)

本文关键字:C++ 处理 文件 文本 非常      更新时间:2023-10-16

我编写了一个在GPU上处理数据的应用程序。代码运行良好,但我有一个问题,即输入文件的读取部分(~3GB,文本(是我的应用程序的瓶颈。(从硬盘读取速度很快,但逐行处理速度较慢(。

我用 getline(( 读取一行并将第 1 行复制到向量,将第 2 行复制到向量并跳过第 3 行和第 4 行。其余 11 条 mio 线以此类推。

我尝试了几种方法在最佳时间获取文件:

我发现的最快的方法是使用boost::iostreams::stream

其他是:

  • 将文件读取为 gzip 格式,以最小化 IO,但比直接读取慢阅读它。
  • 通过读取将文件复制到RAM(文件指针,字符,长度(并用循环处理它以区分线条(也比 boost 慢(

有什么建议如何让它运行得更快吗?

void readfastq(char *filename, int SRlength, uint32_t blocksize){
    _filelength = 0; //total datasets (each 4 lines)
    _SRlength = SRlength; //length of the 2. line
    _blocksize = blocksize;
    boost::iostreams::stream<boost::iostreams::file_source>ins(filename);
    in = ins;
    readNextBlock();
}

void readNextBlock() {
    timeval start, end;
    gettimeofday(&start, 0);
    string name;
    string seqtemp;
    string garbage;
    string phredtemp;
    _seqs.empty();
    _phred.empty();
    _names.empty();
    _filelength = 0;
            //read only a part of the file i.e the first 4mio lines
    while (std::getline(in, name) && _filelength<_blocksize) {
        std::getline(in, seqtemp);
        std::getline(in, garbage);
        std::getline(in, phredtemp);
        if (seqtemp.size() != _SRlength) {
            if (seqtemp.size() != 0)
                printf("Error on read in fastq: size is invalidn");
        } else {
            _names.push_back(name);
            for (int k = 0; k < _SRlength; k++) {
                //handle special letters
                                    if(seqtemp[k]== 'A') ...
                                    else{
                _seqs.push_back(5);
                                    }
            }
            _filelength++;
        }
    }

编辑:

源文件可在 https://docs.google.com/open?id=0B5bvyb427McSMjM2YWQwM2YtZGU2Mi00OGVmLThkODAtYzJhODIzYjNhYTY2 下下载

由于一些指针问题,我更改了函数 readfastq 以读取文件。因此,如果您调用readfastq,则blocksize(以行为单位(必须大于要读取的行数。

溶液:

我找到了一个解决方案,它将文件的读取时间从 60 秒增加到 16 秒。我删除了处理特殊字符的内部循环并在 GPU 中执行此操作。这减少了读入时间,并且仅增加了最小的 GPU 运行时间。

感谢您的建议。

void readfastq(char *filename, int SRlength) {
    _filelength = 0;
    _SRlength = SRlength;
    size_t bytes_read, bytes_expected;
    FILE *fp;
    fp = fopen(filename, "r");
    fseek(fp, 0L, SEEK_END); //go to the end of file
    bytes_expected = ftell(fp); //get filesize
    fseek(fp, 0L, SEEK_SET); //go to the begining of the file
    fclose(fp);
    if ((_seqarray = (char *) malloc(bytes_expected/2)) == NULL) //allocate space for file
        err(EX_OSERR, "data malloc");

    string name;
    string seqtemp;
    string garbage;
    string phredtemp;
    boost::iostreams::stream<boost::iostreams::file_source>file(filename);

    while (std::getline(file, name)) {
        std::getline(file, seqtemp);
        std::getline(file, garbage);
        std::getline(file, phredtemp);
        if (seqtemp.size() != SRlength) {
            if (seqtemp.size() != 0)
                printf("Error on read in fastq: size is invalidn");
        } else {
            _names.push_back(name);
            strncpy( &(_seqarray[SRlength*_filelength]), seqtemp.c_str(), seqtemp.length()); //do not handle special letters here, do on GPU
            _filelength++;
        }
    }
}

首先,您可以使用文件映射,而不是将文件读入内存。您只需要将程序构建为 64 位以容纳 3GB 的虚拟地址空间(对于 32 位应用程序,在用户模式下只能访问 2GB(。或者,您可以按部分映射和处理文件。

接下来,在我看来,您的瓶颈是"将行复制到向量"。处理向量涉及动态内存分配(堆操作(,这在关键循环中会非常严重地影响性能(。如果是这种情况 - 要么避免使用向量,要么确保它们在循环外部声明。后者会有所帮助,因为当您重新分配/清除矢量时,它们不会释放内存。

发布您的代码(或其中的一部分(以获取更多建议。

编辑:

似乎您所有的瓶颈都与字符串管理有关。

  • 读入std::string std::getline(in, seqtemp);处理动态内存分配。
  • _names.push_back(name); 这更糟。首先,按std::string放入vector中。表示 - 字符串被复制,因此发生另一个动态分配/释放。此外,当最终在内部重新分配vector时 - 所有包含的字符串都会再次复制,并带来所有后果。

我建议既不使用标准格式的文件 I/O 函数 (Stdio/STL(,也不使用 std::string 。为了获得更好的性能,您应该使用指向字符串(而不是复制的字符串(的指针,如果映射整个文件,这是可能的。另外,您必须实现文件解析(划分为行(。

就像在这段代码中:

class MemoryMappedFileParser
{
    const char* m_sz;
    size_t m_Len;
public:
    struct String {
        const char* m_sz;
        size_t m_Len;
    };
    bool getline(String& out)
    {
        out.m_sz = m_sz;
        const char* sz = (char*) memchr(m_sz, 'n', m_Len);
        if (sz)
        {
            size_t len = sz - m_sz;
            m_sz = sz + 1;
            m_Len -= (len + 1);
            out.m_Len = len;
            // for Windows-format text files remove the 'r' as well
            if (len && 'r' == out.m_sz[len-1])
                out.m_Len--;
        } else
        {
            out.m_Len = m_Len;
            if (!m_Len)
                return false;
            m_Len = 0;
        }
        return true;
    }
};

如果_seqs_names std::vectors,并且您可以在处理整个 3GB 数据之前猜测它们的最终大小,您可以使用 reserve 来避免在回推循环中的新元素期间重新分配大部分内存。

您应该知道这样一个事实,即向量有效地在主内存中生成文件部分的另一个副本。因此,除非您有一个足够大的主内存来存储文本文件以及向量及其内容,否则您最终可能会遇到许多页面错误,这些错误也会对程序的速度产生重大影响。

自从使用getline以来,您显然正在使用<stdio.h>

也许fopenfopen(path, "rm");文件处理可能会有所帮助,因为m告诉(它是一个GNU扩展(使用mmap进行读取。

也许用setbuffer设置一个大的缓冲区(即半兆字节(也会有所帮助。

也许,使用预读系统调用(也许在单独的线程中(可能会有所帮助。

但这一切都是猜测。你真的应该衡量事情。

一般建议:

  • 以最简单、最直接、最干净的方法编写代码,

然后,如果所有其他方法都失败了:

  • 读取页面对齐块中的原始字节(read(2)(。按顺序执行此操作,以便内核的预读对您有利。
  • 重复使用同一缓冲区以最大程度地减少缓存刷新。
  • 避免复制数据,就地解析,传递指针(和大小(。

mmap(2) -ing [部分] 文件是另一种方法。这也避免了内核用户空间复制。

根据您的磁盘速度,使用非常快速的解压缩算法可能会有所帮助,例如fastlz(至少还有另外两个可能更有效,但在GPL下,因此许可证可能是一个问题(。

此外,使用C++数据结构和函数 car 可以提高速度,因为您可以实现更好的编译器时间优化。走C路并不总是斋戒!在某些糟糕的条件下,使用 char* 您需要解析整个字符串以达到 \0 产生灾难性的性能。

为了解析数据,使用 boost::spirit::qi 也可能是最优化的方法 http://alexott.blogspot.com/2010/01/boostspirit2-vs-atoi.html