【C 语言】拷贝短字符串到大内存的性能损耗分析

文章要点: 

        如果传给 strncpy 函数的拷贝长度限制(第三个参数)大于源字符串(第二个参数)的长度,超出的部分会被清零。可能造成越界(超过目标地址空间的大小)或者明显的性能损耗(大内存清零)。

背景

        需要对某一业务流程的性能进行优化,以满足产品规格要求。业务功能是将从数据库里查出的记录拼接成指定格式的 XML,再和 JPEG 图片数据打包,通过 TCP 传输到上层平台。主要步骤有:向数据库临时表插入一条记录、拼接 XML、获取图片数据、打包、通过 socket 接口发送。

        要求从插入数据库临时表到调用完 send 接口,总时长不能超过 250 ms,最好在 125 ms 以内,但实际测试结果是总时长需要 290 ~ 300 ms。 

分析

       理论上,涉及磁盘 IO 的插入数据库临时表和获取图片数据应该耗时最多,但是,通过计算各个步骤的耗时,发现只涉及内存操作的 XML 拼接部分占用了 80% ~ 90% 的时间。进一步细化,发现 XML 拼接部分有两个函数耗时特别长,都要 100 多毫秒。

        这两个耗时特别大的函数里有很多字符串拷贝的操作,源字符串比较短,也就几十个字符,但是目标地址空间很大,有接近 10 MB 的大小(在代码实现上,为了减少内存拷贝次数,拼接 XML 时直接在最终的要发送的缓存空间上进行操作,因为要包含图片数据,给缓存申请了 10 MB  的内存)。

        公司对 strncpy 做了宏定义封装,把目标地址空间的最后一个字符位赋成 '\0'。最开始猜测,是不是赋 '\0' 操作要找到内存的最后一个字符位,耗时比较多。但是把使用封装的宏定义改成直接使用 strncpy 后,耗时并没有缩短。

        于是尝试把第三个参数由 目标地址空间的大小 换成 目标地址空间的大小和源字符串长度两者的较小值修改后流程总时长缩小到 25 ~ 40 ms,原来耗时 100 多毫秒的两个 XML 拼接接口,耗时直接变为 0。

        按公司的代码规范要求,strncpy 的第三个参数要写目标地址空间的大小,但是实际上,如果传给 strncpy 函数的第三个参数大于源字符串的长度,目标地址空间中,超出的部分会被清零:

帮助手册说明

       通过 man 3 strncpy 命令查看帮助手册对于 strncpy 函数的说明,证实了上面的说法: 

 影响分析

  1. 清零操作某种程度上是无意义的性能损耗,如果目标地址空间特别大,拷贝次数又比较多,可能出现明显的性能下降。
  2. 如果第三个参数超过了目标地址空间的大小,会把紧挨着目标地址空间,但是不属于目标地址空间的一部分内存也清零,即内存越界,或者说踩内存。

实验

 超出部分清零模拟

        定义目标数组大小为 9,源数组大小为 3,设置 strncpy 的第三个参数为 6(故意超过源字符串的长度):

        GDB 运行结果如下,红框框起来的是第 7 行 strncpy 执行前 szDst 的值,执行完第 7 行后,源字符串被拷贝到目标数组中(绿色框框起来的部分),但是 szDst 里紧跟着的四个字符也被清零(灰色框框起来的部分):

 越界模拟

        在 szSrc 和 szDst 之间增加一个临时变量 szTmp,把 strncpy 函数的第三个参数放大到 11:

        函数的局部变量存储在栈中,栈从高地址向低地址生长,先定义的变量先入栈。

        所以按当前的局部变量定义方式,是 szSrc 地址值最大,szTmp 次之,szDst 的地址值最小,而且三者在内存中紧挨在一起。当 strncpy 的第三个参数放大到 11,就会超出 szDst 的空间,覆盖 szTmp 的值,即出现内存越界(踩内存)的情况。GDB 运行结果:

          红框框起来的是第 11 行 strncpy 执行前 szDst 和 szTmp 的值,执行完第 11 行后,不仅 szDst 后半部分被清零(灰色框框起来的部分),szTmp 开头的两个字符位也被清零(蓝色框框起来的部分)。

热门文章

暂无图片
编程学习 ·

exe4j详细使用教程(附下载安装链接)

一、exe4j介绍 ​ exe4j是一个帮助你集成Java应用程序到Windows操作环境的java可执行文件生成工具,无论这些应用是用于服务器,还是图形用户界面(GUI)或命令行的应用程序。如果你想在任务管理器中及Windows XP分组的用户友好任务栏…
暂无图片
编程学习 ·

AUTOSAR从入门到精通100讲(126)-浅谈车载充电系统通信方案

01 引言 本文深入研究车载充电系统策略,设计出一套基于电动汽车电池管理系统与车载充电机的CAN通信协议,可供电动汽车设计人员参考借鉴。 02 电动汽车充电系统通讯网络 电动汽车整车控制系统中采用的是CAN总线通信方式,由一个整车内部高速CAN网络、内部低速CAN网络和一个充电…
暂无图片
编程学习 ·

CMake(九):生成器表达式

当运行CMake时,开发人员倾向于认为它是一个简单的步骤,需要读取项目的CMakeLists.txt文件,并生成相关的特定于生成器的项目文件集(例如Visual Studio解决方案和项目文件,Xcode项目,Unix Makefiles或Ninja输入文件)。然…
暂无图片
编程学习 ·

47.第十章 网络协议和管理配置 -- 网络配置(八)

4.3.3 route 命令 路由表管理命令 路由表主要构成: Destination: 目标网络ID,表示可以到达的目标网络ID,0.0.0.0/0 表示所有未知网络,又称为默认路由,优先级最低Genmask:目标网络对应的netmaskIface: 到达对应网络,应该从当前主机哪个网卡发送出来Gateway: 到达非直连的网络,…
暂无图片
编程学习 ·

元宇宙技术基础

请看图: 1、通过AR、VR等交互技术提升游戏的沉浸感 回顾游戏的发展历程,沉浸感的提升一直是技术突破的主要方向。从《愤怒的小鸟》到CSGO,游戏建模方式从2D到3D的提升使游戏中的物体呈现立体感。玩家在游戏中可以只有切换视角,进而提升沉浸…
暂无图片
编程学习 ·

flink的伪分布式搭建

一 flink的伪分布式搭建 1.1 执行架构图 1.Flink程序需要提交给 Job Client2.Job Client将作业提交给 Job Manager3.Job Manager负责协调资源分配和作业执行。 资源分配完成后,任务将提交给相应的 Task Manage。4.Task Manager启动一个线程以开始执行。Task Manage…
暂无图片
编程学习 ·

十进制正整数与二进制字符串的转换(C++)

Function one: //十进制数字转成二进制字符串 string Binary(int x) {string s "";while(x){if(x % 2 0) s 0 s;else s 1 s;x / 2;}return s; } Function two: //二进制字符串变为十进制数字 int Decimal(string s) {int num 0, …
暂无图片
编程学习 ·

[含lw+源码等]微信小程序校园辩论管理平台+后台管理系统[包运行成功]Java毕业设计计算机毕设

项目功能简介: 《微信小程序校园辩论管理平台后台管理系统》该项目含有源码、论文等资料、配套开发软件、软件安装教程、项目发布教程等 本系统包含微信小程序做的辩论管理前台和Java做的后台管理系统: 微信小程序——辩论管理前台涉及技术:WXML 和 WXS…
暂无图片
编程学习 ·

树莓派驱动DHT11温湿度传感器

1,直接使用python库 代码如下 import RPi.GPIO as GPIO import dht11 import time import datetimeGPIO.setwarnings(True) GPIO.setmode(GPIO.BCM)instance dht11.DHT11(pin14)try:while True:result instance.read()if result.is_valid():print(ok)print(&quo…
暂无图片
编程学习 ·

ELK简介

ELK简介 ELK是三个开源软件的缩写,Elasticsearch、Logstash、Kibana。它们都是开源软件。不过现在还新增了一个 Beats,它是一个轻量级的日志收集处理工具(Agent),Beats 占用资源少,适合于在各个服务器上搜集日志后传输给 Logstas…
暂无图片
编程学习 ·

Linux 基础

通常大数据框架都部署在 Linux 服务器上,所以需要具备一定的 Linux 知识。Linux 书籍当中比较著名的是 《鸟哥私房菜》系列,这个系列很全面也很经典。但如果你希望能够快速地入门,这里推荐《Linux 就该这么学》,其网站上有免费的电…
暂无图片
编程学习 ·

Windows2022 无线网卡装不上驱动

想来 Windows2022 和 windows10/11 的驱动应该差不多通用的,但是死活装不上呢? 搜一下,有人提到 “默认安装时‘无线LAN服务’是关闭的,如果需要开启,只需要在“添加角色和功能”中,选择开启“无线LAN服务…
暂无图片
编程学习 ·

【嵌入式面试宝典】版本控制工具Git常用命令总结

目录 创建仓库 查看信息 版本回退 版本检出 远程库 Git 创建仓库 git initgit add <file> 可反复多次使用&#xff0c;添加多个文件git commit -m <message> 查看信息 git status 仓库当前的状态git diff 差异对比git log 历史记录&#xff0c;提交日志--pret…
暂无图片
编程学习 ·

用Postman生成测试报告

newman newman是一款基于nodejs开发的可以运行postman脚本的工具&#xff0c;使用Newman&#xff0c;可以直接从命令运行和测试postman集合。 安装nodejs 下载地址&#xff1a;https://nodejs.org/en/download/ 选择自己系统相对应的版本内容进行下载&#xff0c;然后傻瓜式安…
暂无图片
编程学习 ·

Java面向对象之多态、向上转型和向下转型

文章目录前言一、多态二、引用类型之间的转换Ⅰ.向上转型Ⅱ.向下转型总结前言 今天继续Java面向对象的学习&#xff0c;学习面向对象的第三大特征&#xff1a;多态&#xff0c;了解多态的意义&#xff0c;以及两种引用类型之间的转换&#xff1a;向上转型、向下转型。  希望能…