Fichiers tamponnés (pour un accès plus rapide au disque)

Question

Je travaille avec de gros fichiers et de l'écriture directe sur disque est lent. Parce que le fichier est volumineux, je ne peut pas le charger dans un TMemoryStream.

Il semble que TFileStream n'est pas tamponnée je veux donc savoir si il y a une bibliothèque personnalisée qui peut offrir tampon de flux ou dois-je compter uniquement sur la mise en mémoire tampon offert par l'OS. C'est l'OS de mise en mémoire tampon des données fiables? Je veux dire, si le cache est plein d'un ancien fichier (le mien) peut être rincée à partir du cache afin de faire de la place pour un nouveau fichier.

Mise à jour:
Mon fichier est dans la gamme de GB. Il contient des millions d'enregistrements. Malheureusement, les enregistrements ne sont pas de fixer la taille. Je dois donc faire des millions de lectures (entre 4 et 500 octets). Surtout à la lecture (et l'écriture) est séquentielle. J'ai commencer par le début et j'ai fini à la fin du fichier. Je n'ai pas de sauter haut et en bas dans le fichier (qui je pense est idéal pour la mise en mémoire tampon).

En fin de compte, je dois écrire le fichier sur le disque (à nouveau des millions de petites écrit).

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J'utilise D7.

Answer 1

Windows fichier de cache est très efficace, surtout si vous utilisez Vista ou version ultérieure. TFileStream est un lâche wrapper autour de la Windows ReadFile() et WriteFile() fonctions de l'API et de l'utilisation de nombreux cas, la seule chose plus rapide est un fichier mappé en mémoire.

Cependant, il y a un scénario commun, où l' TFileStream devient un goulot d'étranglement des performances. C'est si vous de lire ou d'écrire de petites quantités de données à chaque appel de la flux de lire ou d'écrire des fonctions. Par exemple, si vous lisez un tableau d'entiers un à un puis vous encourez une surcharge importante par la lecture de 4 octets à la fois dans les appels d' ReadFile().

Encore une fois, les fichiers mappés en mémoire sont un excellent moyen de résoudre ce goulot d'étranglement, mais l'autre approche communément utilisée est de lire beaucoup plus de tampons, nombre de kilo-octets dire, et puis de résoudre les futurs lit de la rivière à partir de cette mémoire cache plutôt que d'autres appels de ReadFile(). Cette approche ne fonctionne vraiment pour un accès séquentiel.

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Du profil d'emploi décrit dans la mise à jour de votre question, je pense que vous pouvez trouver les classes suivantes permettraient d'améliorer la performance pour vous:

unit BufferedFileStream;

interface

uses
  SysUtils, Math, Classes, Windows;

type
  TBaseCachedFileStream = class(TStream)
  private
    function QueryInterface(const IID: TGUID; out Obj): HResult; stdcall;
    function _AddRef: Integer; stdcall;
    function _Release: Integer; stdcall;
  protected
    FHandle: THandle;
    FOwnsHandle: Boolean;
    FCache: PByte;
    FCacheSize: Integer;
    FPosition: Int64;//the current position in the file (relative to the beginning of the file)
    FCacheStart: Int64;//the postion in the file of the start of the cache (relative to the beginning of the file)
    FCacheEnd: Int64;//the postion in the file of the end of the cache (relative to the beginning of the file)
    FFileName: string;
    FLastError: DWORD;
    procedure HandleError(const Msg: string);
    procedure RaiseSystemError(const Msg: string; LastError: DWORD); overload;
    procedure RaiseSystemError(const Msg: string); overload;
    procedure RaiseSystemErrorFmt(const Msg: string; const Args: array of const);
    function CreateHandle(FlagsAndAttributes: DWORD): THandle; virtual; abstract;
    function GetFileSize: Int64; virtual;
    procedure SetSize(NewSize: Longint); override;
    procedure SetSize(const NewSize: Int64); override;
    function FileRead(var Buffer; Count: Longword): Integer;
    function FileWrite(const Buffer; Count: Longword): Integer;
    function FileSeek(const Offset: Int64; Origin: TSeekOrigin): Int64;
  public
    constructor Create(const FileName: string); overload;
    constructor Create(const FileName: string; CacheSize: Integer); overload;
    constructor Create(const FileName: string; CacheSize: Integer; Handle: THandle); overload; virtual;
    destructor Destroy; override;
    property CacheSize: Integer read FCacheSize;
    function Read(var Buffer; Count: Longint): Longint; override;
    function Write(const Buffer; Count: Longint): Longint; override;
    function Seek(const Offset: Int64; Origin: TSeekOrigin): Int64; override;
  end;
  TBaseCachedFileStreamClass = class of TBaseCachedFileStream;

  IDisableStreamReadCache = interface
    ['{0B6D0004-88D1-42D5-BC0F-447911C0FC21}']
    procedure DisableStreamReadCache;
    procedure EnableStreamReadCache;
  end;

  TReadOnlyCachedFileStream = class(TBaseCachedFileStream, IDisableStreamReadCache)
  (* This class works by filling the cache each time a call to Read is made and
     FPosition is outside the existing cache.  By filling the cache we mean
     reading from the file into the temporary cache.  Calls to Read when
     FPosition is in the existing cache are then dealt with by filling the
     buffer with bytes from the cache.
  *)
  private
    FUseAlignedCache: Boolean;
    FViewStart: Int64;
    FViewLength: Int64;
    FDisableStreamReadCacheRefCount: Integer;
    procedure DisableStreamReadCache;
    procedure EnableStreamReadCache;
    procedure FlushCache;
  protected
    function CreateHandle(FlagsAndAttributes: DWORD): THandle; override;
    function GetFileSize: Int64; override;
  public
    constructor Create(const FileName: string; CacheSize: Integer; Handle: THandle); overload; override;
    property UseAlignedCache: Boolean read FUseAlignedCache write FUseAlignedCache;
    function Read(var Buffer; Count: Longint): Longint; override;
    procedure SetViewWindow(const ViewStart, ViewLength: Int64);
  end;

  TWriteCachedFileStream = class(TBaseCachedFileStream, IDisableStreamReadCache)
  (* This class works by caching calls to Write.  By this we mean temporarily
     storing the bytes to be written in the cache.  As each call to Write is
     processed the cache grows.  The cache is written to file when:
       1.  A call to Write is made when the cache is full.
       2.  A call to Write is made and FPosition is outside the cache (this
           must be as a result of a call to Seek).
       3.  The class is destroyed.

     Note that data can be read from these streams but the reading is not
     cached and in fact a read operation will flush the cache before
     attempting to read the data.
  *)
  private
    FFileSize: Int64;
    FReadStream: TReadOnlyCachedFileStream;
    FReadStreamCacheSize: Integer;
    FReadStreamUseAlignedCache: Boolean;
    procedure DisableStreamReadCache;
    procedure EnableStreamReadCache;
    procedure CreateReadStream;
    procedure FlushCache;
  protected
    function CreateHandle(FlagsAndAttributes: DWORD): THandle; override;
    function GetFileSize: Int64; override;
  public
    constructor Create(const FileName: string; CacheSize, ReadStreamCacheSize: Integer; ReadStreamUseAlignedCache: Boolean); overload;
    destructor Destroy; override;
    function Read(var Buffer; Count: Longint): Longint; override;
    function Write(const Buffer; Count: Longint): Longint; override;
  end;

implementation

function GetFileSizeEx(hFile: THandle; var FileSize: Int64): BOOL; stdcall; external kernel32;
function SetFilePointerEx(hFile: THandle; DistanceToMove: Int64; lpNewFilePointer: PInt64; dwMoveMethod: DWORD): BOOL; stdcall; external kernel32;

{ TBaseCachedFileStream }

constructor TBaseCachedFileStream.Create(const FileName: string);
begin
  Create(FileName, 0);
end;

constructor TBaseCachedFileStream.Create(const FileName: string; CacheSize: Integer);
begin
  Create(FileName, CacheSize, 0);
end;

constructor TBaseCachedFileStream.Create(const FileName: string; CacheSize: Integer; Handle: THandle);
const
  DefaultCacheSize = 16*1024;
  //16kb - this was chosen empirically - don't make it too large otherwise the progress report is 'jerky'
begin
  inherited Create;
  FFileName := FileName;
  FOwnsHandle := Handle=0;
  if FOwnsHandle then begin
    FHandle := CreateHandle(FILE_ATTRIBUTE_NORMAL);
  end else begin
    FHandle := Handle;
  end;
  FCacheSize := CacheSize;
  if FCacheSize<=0 then begin
    FCacheSize := DefaultCacheSize;
  end;
  GetMem(FCache, FCacheSize);
end;

destructor TBaseCachedFileStream.Destroy;
begin
  FreeMem(FCache);
  if FOwnsHandle and (FHandle<>0) then begin
    CloseHandle(FHandle);
  end;
  inherited;
end;

function TBaseCachedFileStream.QueryInterface(const IID: TGUID; out Obj): HResult;
begin
  if GetInterface(IID, Obj) then begin
    Result := S_OK;
  end else begin
    Result := E_NOINTERFACE;
  end;
end;

function TBaseCachedFileStream._AddRef: Integer;
begin
  Result := -1;
end;

function TBaseCachedFileStream._Release: Integer;
begin
  Result := -1;
end;

procedure TBaseCachedFileStream.HandleError(const Msg: string);
begin
  if FLastError<>0 then begin
    RaiseSystemError(Msg, FLastError);
  end;
end;

procedure TBaseCachedFileStream.RaiseSystemError(const Msg: string; LastError: DWORD);
begin
  raise EStreamError.Create(Trim(Msg+'  ')+SysErrorMessage(LastError));
end;

procedure TBaseCachedFileStream.RaiseSystemError(const Msg: string);
begin
  RaiseSystemError(Msg, GetLastError);
end;

procedure TBaseCachedFileStream.RaiseSystemErrorFmt(const Msg: string; const Args: array of const);
begin
  RaiseSystemError(Format(Msg, Args));
end;

function TBaseCachedFileStream.GetFileSize: Int64;
begin
  if not GetFileSizeEx(FHandle, Result) then begin
    RaiseSystemErrorFmt('GetFileSizeEx failed for %s.', [FFileName]);
  end;
end;

procedure TBaseCachedFileStream.SetSize(NewSize: Longint);
begin
  SetSize(Int64(NewSize));
end;

procedure TBaseCachedFileStream.SetSize(const NewSize: Int64);
begin
  Seek(NewSize, soBeginning);
  if not Windows.SetEndOfFile(FHandle) then begin
    RaiseSystemErrorFmt('SetEndOfFile for %s.', [FFileName]);
  end;
end;

function TBaseCachedFileStream.FileRead(var Buffer; Count: Longword): Integer;
begin
  if Windows.ReadFile(FHandle, Buffer, Count, LongWord(Result), nil) then begin
    FLastError := 0;
  end else begin
    FLastError := GetLastError;
    Result := -1;
  end;
end;

function TBaseCachedFileStream.FileWrite(const Buffer; Count: Longword): Integer;
begin
  if Windows.WriteFile(FHandle, Buffer, Count, LongWord(Result), nil) then begin
    FLastError := 0;
  end else begin
    FLastError := GetLastError;
    Result := -1;
  end;
end;

function TBaseCachedFileStream.FileSeek(const Offset: Int64; Origin: TSeekOrigin): Int64;
begin
  if not SetFilePointerEx(FHandle, Offset, @Result, ord(Origin)) then begin
    RaiseSystemErrorFmt('SetFilePointerEx failed for %s.', [FFileName]);
  end;
end;

function TBaseCachedFileStream.Read(var Buffer; Count: Integer): Longint;
begin
  raise EAssertionFailed.Create('Cannot read from this stream');
end;

function TBaseCachedFileStream.Write(const Buffer; Count: Integer): Longint;
begin
  raise EAssertionFailed.Create('Cannot write to this stream');
end;

function TBaseCachedFileStream.Seek(const Offset: Int64; Origin: TSeekOrigin): Int64;
//Set FPosition to the value specified - if this has implications for the
//cache then overriden Write and Read methods must deal with those.
begin
  case Origin of
  soBeginning:
    FPosition := Offset;
  soEnd:
    FPosition := GetFileSize+Offset;
  soCurrent:
    inc(FPosition, Offset);
  end;
  Result := FPosition;
end;

{ TReadOnlyCachedFileStream }

constructor TReadOnlyCachedFileStream.Create(const FileName: string; CacheSize: Integer; Handle: THandle);
begin
  inherited;
  SetViewWindow(0, inherited GetFileSize);
end;

function TReadOnlyCachedFileStream.CreateHandle(FlagsAndAttributes: DWORD): THandle;
begin
  Result := Windows.CreateFile(
    PChar(FFileName),
    GENERIC_READ,
    FILE_SHARE_READ,
    nil,
    OPEN_EXISTING,
    FlagsAndAttributes,
    0
  );
  if Result=INVALID_HANDLE_VALUE then begin
    RaiseSystemErrorFmt('Cannot open %s.', [FFileName]);
  end;
end;

procedure TReadOnlyCachedFileStream.DisableStreamReadCache;
begin
  inc(FDisableStreamReadCacheRefCount);
end;

procedure TReadOnlyCachedFileStream.EnableStreamReadCache;
begin
  dec(FDisableStreamReadCacheRefCount);
end;

procedure TReadOnlyCachedFileStream.FlushCache;
begin
  FCacheStart := 0;
  FCacheEnd := 0;
end;

function TReadOnlyCachedFileStream.GetFileSize: Int64;
begin
  Result := FViewLength;
end;

procedure TReadOnlyCachedFileStream.SetViewWindow(const ViewStart, ViewLength: Int64);
begin
  if ViewStart<0 then begin
    raise EAssertionFailed.Create('Invalid view window');
  end;
  if (ViewStart+ViewLength)>inherited GetFileSize then begin
    raise EAssertionFailed.Create('Invalid view window');
  end;
  FViewStart := ViewStart;
  FViewLength := ViewLength;
  FPosition := 0;
  FCacheStart := 0;
  FCacheEnd := 0;
end;

function TReadOnlyCachedFileStream.Read(var Buffer; Count: Longint): Longint;
var
  NumOfBytesToCopy, NumOfBytesLeft, NumOfBytesRead: Longint;
  CachePtr, BufferPtr: PByte;
begin
  if FDisableStreamReadCacheRefCount>0 then begin
    FileSeek(FPosition+FViewStart, soBeginning);
    Result := FileRead(Buffer, Count);
    if Result=-1 then begin
      Result := 0;//contract is to return number of bytes that were read
    end;
    inc(FPosition, Result);
  end else begin
    Result := 0;
    NumOfBytesLeft := Count;
    BufferPtr := @Buffer;
    while NumOfBytesLeft>0 do begin
      if (FPosition<FCacheStart) or (FPosition>=FCacheEnd) then begin
        //the current position is not available in the cache so we need to re-fill the cache
        FCacheStart := FPosition;
        if UseAlignedCache then begin
          FCacheStart := FCacheStart - (FCacheStart mod CacheSize);
        end;
        FileSeek(FCacheStart+FViewStart, soBeginning);
        NumOfBytesRead := FileRead(FCache^, CacheSize);
        if NumOfBytesRead=-1 then begin
          exit;
        end;
        Assert(NumOfBytesRead>=0);
        FCacheEnd := FCacheStart+NumOfBytesRead;
        if NumOfBytesRead=0 then begin
          FLastError := ERROR_HANDLE_EOF;//must be at the end of the file
          break;
        end;
      end;

      //read from cache to Buffer
      NumOfBytesToCopy := Min(FCacheEnd-FPosition, NumOfBytesLeft);
      CachePtr := FCache;
      inc(CachePtr, FPosition-FCacheStart);
      Move(CachePtr^, BufferPtr^, NumOfBytesToCopy);
      inc(Result, NumOfBytesToCopy);
      inc(FPosition, NumOfBytesToCopy);
      inc(BufferPtr, NumOfBytesToCopy);
      dec(NumOfBytesLeft, NumOfBytesToCopy);
    end;
  end;
end;

{ TWriteCachedFileStream }

constructor TWriteCachedFileStream.Create(const FileName: string; CacheSize, ReadStreamCacheSize: Integer; ReadStreamUseAlignedCache: Boolean);
begin
  inherited Create(FileName, CacheSize);
  FReadStreamCacheSize := ReadStreamCacheSize;
  FReadStreamUseAlignedCache := ReadStreamUseAlignedCache;
end;

destructor TWriteCachedFileStream.Destroy;
begin
  FlushCache;//make sure that the final calls to Write get recorded in the file
  FreeAndNil(FReadStream);
  inherited;
end;

function TWriteCachedFileStream.CreateHandle(FlagsAndAttributes: DWORD): THandle;
begin
  Result := Windows.CreateFile(
    PChar(FFileName),
    GENERIC_READ or GENERIC_WRITE,
    0,
    nil,
    CREATE_ALWAYS,
    FlagsAndAttributes,
    0
  );
  if Result=INVALID_HANDLE_VALUE then begin
    RaiseSystemErrorFmt('Cannot create %s.', [FFileName]);
  end;
end;

procedure TWriteCachedFileStream.DisableStreamReadCache;
begin
  CreateReadStream;
  FReadStream.DisableStreamReadCache;
end;

procedure TWriteCachedFileStream.EnableStreamReadCache;
begin
  Assert(Assigned(FReadStream));
  FReadStream.EnableStreamReadCache;
end;

function TWriteCachedFileStream.GetFileSize: Int64;
begin
  Result := FFileSize;
end;

procedure TWriteCachedFileStream.CreateReadStream;
begin
  if not Assigned(FReadStream) then begin
    FReadStream := TReadOnlyCachedFileStream.Create(FFileName, FReadStreamCacheSize, FHandle);
    FReadStream.UseAlignedCache := FReadStreamUseAlignedCache;
  end;
end;

procedure TWriteCachedFileStream.FlushCache;
var
  NumOfBytesToWrite: Longint;
begin
  if Assigned(FCache) then begin
    NumOfBytesToWrite := FCacheEnd-FCacheStart;
    if NumOfBytesToWrite>0 then begin
      FileSeek(FCacheStart, soBeginning);
      if FileWrite(FCache^, NumOfBytesToWrite)<>NumOfBytesToWrite then begin
        RaiseSystemErrorFmt('FileWrite failed for %s.', [FFileName]);
      end;
      if Assigned(FReadStream) then begin
        FReadStream.FlushCache;
      end;
    end;
    FCacheStart := FPosition;
    FCacheEnd := FPosition;
  end;
end;

function TWriteCachedFileStream.Read(var Buffer; Count: Integer): Longint;
begin
  FlushCache;
  CreateReadStream;
  Assert(FReadStream.FViewStart=0);
  if FReadStream.FViewLength<>FFileSize then begin
    FReadStream.SetViewWindow(0, FFileSize);
  end;
  FReadStream.Position := FPosition;
  Result := FReadStream.Read(Buffer, Count);
  inc(FPosition, Result);
end;

function TWriteCachedFileStream.Write(const Buffer; Count: Longint): Longint;
var
  NumOfBytesToCopy, NumOfBytesLeft: Longint;
  CachePtr, BufferPtr: PByte;
begin
  Result := 0;
  NumOfBytesLeft := Count;
  BufferPtr := @Buffer;
  while NumOfBytesLeft>0 do begin
    if ((FPosition<FCacheStart) or (FPosition>FCacheEnd))//the current position is outside the cache
    or (FPosition-FCacheStart=FCacheSize)//the cache is full
    then begin
      FlushCache;
      Assert(FCacheStart=FPosition);
    end;

    //write from Buffer to the cache
    NumOfBytesToCopy := Min(FCacheSize-(FPosition-FCacheStart), NumOfBytesLeft);
    CachePtr := FCache;
    inc(CachePtr, FPosition-FCacheStart);
    Move(BufferPtr^, CachePtr^, NumOfBytesToCopy);
    inc(Result, NumOfBytesToCopy);
    inc(FPosition, NumOfBytesToCopy);
    FCacheEnd := Max(FCacheEnd, FPosition);
    inc(BufferPtr, NumOfBytesToCopy);
    dec(NumOfBytesLeft, NumOfBytesToCopy);
  end;
  FFileSize := Max(FFileSize, FPosition);
end;

end.

Answer 2

L' TFileStream classe utilise en interne l' CreateFile fonction qui utilise une mémoire tampon pour gérer le dossier, à moins que vous spécifiez l' FILE_FLAG_NO_BUFFERING drapeau (être conscient que vous ne pouvez pas spécifier ce drapeau directement à l'aide de la TFileStream). pour plus d'informations vous pouvez consulter ces liens

• La Fonction CreateFile
• Windows File Buffering

vous pouvez également essayer l' TGpHugeFileStream qui fait partie de l' GpHugeFile unité de Primoz Gabrijelcic.

Answer 3

Si vous avez ce genre de codes

tandis que Stream.Position <Stream.Size do

Vous pouvez l'optimiser en mettant en cache FileStream.Size dans une variable et cela accélérera. Stream.Size utilise trois appels de fonction virtuels pour connaître la taille réelle

À votre santé

Answer 4

Ainsi, un TFileStream est trop lente, il lit tout ce à partir d'un disque. Et un TMemoryStream ne peut pas être suffisamment grand. (si tu le dis)

Alors pourquoi ne pas utiliser un TFileStream qui charge l'un des morceaux jusqu'à 100 MO dans un TMemoryStream pour le traitement? Cela pourrait être fait par un simple preparser qui regarde juste à la taille des en-têtes de vos données, mais qui permettrait de rétablir votre problème.

Ce n'est pas une mauvaise chose que d'avoir votre code de réaliser ses gros fichier peut mal se conduire et éviter que tout: permettent de manipuler (incomplète) des morceaux de TMemoryStream, ce aussi apporter le filetage des améliorations en vue (l'accès au disque dur de ne pas être le goulot d'étranglement) si nécessaire.