Средство логической предвыборки

B ходе типичной загрузки системы или приложения порядок ошибок страниц таков, что некоторые страницы запрашиваются из одной части файла, затем из совсем другой его части, потом из другого файла и т. д. Такие скачкообразные переходы значительно замедляют каждую операцию доступа, и, как показывает анализ, время поиска на диске становится доминирующим фактором, который негативно сказывается на скорости загрузки системы и приложений. Предварительная выборка целого пакета страниц позволяет упорядочить операции доступа без лишнего «рыскания» по диску и тем самым ускорить запуск системы и приложений. Нужные страницы могут быть известны заранее благодаря высокой степени корреляции операций доступа при загрузках системы или запусках приложений.

Средство предвыборки, впервые появившееся в Windows XP, пытается ускорить загрузку системы и запуск приложений, отслеживая данные и код, к которым происходит обращение при этих процессах, и используя полученную информацию при последующих загрузке системы и запуске приложений для заблаговременного считывания необходимых кода и данных. Когда средство предвыборки активно, диспетчер памяти уведомляет код средства предвыборки в ядре об ошибках страниц — как аппаратных (требующих чтения данных с диска), так и программных (требующих простого добавления данных, которые уже находятся в памяти, в рабочий набор процесса). Средство предвыборки ведет мониторинг первых 10 секунд процесса запуска приложения. B случае загрузки системы это средство по умолчанию ведет мониторинг в течение 30 секунд после запуска пользовательской оболочки (обычно Explorer), или 60 секунд по окончании инициализации всех Windows-сервисов, или просто в течение 120 секунд — в зависимости от того, какое из этих трех событий произойдет первым.

Собрав трассировочную информацию об ошибках страниц, организованную в виде списка обращений к файлу метаданных NTFS MFT (Master FiIe Table) (если приложение пыталось получить доступ к файлам или каталогам на NTFS-томах), а также списка ссылок на файлы и каталоги, код средства предвыборки, работающий в режиме ядра, уведомляет компонент предвыборки в службе Task Scheduler (Планировщик заданий) (\Windows\System32\Schedsvc.dll) и с этой целью переводит в свободное состояние объект-событие с именем PrefetchTracesReady.

ПРИМЕЧАНИЕ Включить или отключить предвыборку при загрузке системы и/или запуске приложений позволяет DWORD-параметр реестра HKLM\System\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Memory Management\PrefetchParameters\EnablePrefetcher: 0 — полное отключение предвыборки, 1 — предвыборка разрешена только при запуске приложений, 2 — предвыборка разрешена только при загрузке системы и 3 — предвыборка разрешена как при загрузке системы, так и при запуске приложений.

Когда событие PrefetchTracesReady переводится в свободное состояние, Task Scheduler вызывает внутрисистемную функцию NtQuerySystemInformation, запрашивая через нее трассировочные данные. После дополнительной обработки этих данных Task Scheduler записывает их в файл, помещаемый в каталог \Windows\Prefetch фис. 7-31). Файлу присваивается имя, формируемое из имени приложения, к которому относятся трассировочные данные, дефиса и шестнадцатеричного представления хэша, полученного из строки пути к файлу. Затем к имени добавляется расширение. pf. Например, для Notepad создается файл NOTEPAD.EXE-AF43252301.PF.

B этом правиле есть два исключения. Первое относится к образам, которые служат хостами других компонентов, в том числе к Microsoft Management Console (\Windows\System32\Mmc.exe) и Dllhost (\Windows\System32\ Dllhost.exe). Поскольку в командной строке запуска этих приложений указываются дополнительные компоненты, средство предвыборки включает командную строку в генерируемый хэш. Таким образом, запуск таких приложений с другими компонентами в командной строке даст другой набор трассировочных данных. Средство предвыборки считывает список исполняемых образов, которые оно должно обрабатывать таким способом, из параметра HostingAppList в разделе реестра HKLM\System\CurrentControlSet\ Control\Session Manager\Memory Management\PrefetchParameters.

Второе исключение составляет файл, в котором хранится трассировочная информация, полученная в процессе загрузки системы, — ему всегда присваивается имя NTOSBOOT-B00DFAAD.PF. Средство предвыборки собирает информацию об ошибках страниц для конкретных приложений только после того, как закончит мониторинг процесса загрузки системы.

ЭКСПЕРИМЕНТ: просмотр содержимого файла предвыборки

Содержимое этого файла содержит записи о файлах и каталогах, к которым было обращение при загрузке системы или запуске приложения, и для их просмотра можно использовать утилиту Strings с сайта wwwsysinternals.com. Следующая команда перечисляет все файлы и каталоги, на которые были ссылки при последней загрузке системы:

C: \Windows\Prefetch›Strings ntosboot-boodfaad.pf Strings v2.1

Copyright (C) 1999–2003 Mark Russinovich Systems Internals — www.sysinternals.com

NT0SB00T SCCA

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\$MFT

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\PREFETCH\NT0SB00T-B00DFAAD.PF

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\SYSTEM VOLUME INF0RMATI0N\_REST0RE{

987E0331-0F01-427C-A58A-7A2E4AABF84D}\RP24\CHANGE.LOG

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\SYSTEM32\DRIVERS\PROCESSR.SYS

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\SYSTEM32\DRIVERS\FGLRYM.SYS

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\SYSTEM32\DRIVERS\VIDE0PRT.SYS

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\SYSTEM32\DRIVERS\E1000325.SYS

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\SYSTEM32\DRIVERS\USBUHCI.SYS

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\SYSTEM32\DRIVERS\USBPORT.SYS

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\SYSTEM32\DRIVERS\USBEHCI.SYS

\DEVICE\HARDDISKVOLUME2\WIND0WS\SYSTEM32\DRIVERS\NIC1394.SYS

Средство предвыборки вызывается при загрузке системы или запуске приложения, чтобы оно могло выполнить предварительную выборку. Средство предвыборки просматривает каталог Prefetch и проверяет, есть ли в нем какой-нибудь файл с трассировочной информацией, необходимый для текущего варианта предварительной выборки. Если такой файл имеется, оно обращается к NTFS для предварительной выборки любых ссылок файла метаданных MFT, считывает содержимое каждого каталога, на который есть ссылка, а затем открывает все файлы в соответствии со списком ссылок. Далее вызывается функция MmPrefetchPages диспетчера памяти, чтобы загрузить в память любые данные и код, указанные в трассировочной информации, но пока отсутствующие в памяти. Диспетчер памяти инициирует все необходимые операции как асинхронные и ждет их завершения, прежде чем разрешить продолжение процесса запуска приложения.

ЭКСПЕРИМЕНТ: наблюдение за чтением и записью файла предвыборки

Если вы запишете трассировку запуска приложения с помощью Filemon (wwwsysinternals.com) в Windows XP, то заметите, что средство предвыборки проверяет наличие файла предвыборки и, если он есть, считывает его содержимое, а примерно через десять секунд от начала запуска приложения средство предвыборки записывает новую копию этого файла. Ниже показан пример для процесса запуска Notepad (фильтр Include был установлен как «prefetch», чтобы Filemon сообщал об обращениях только к каталогу \Windows\Prefetch).

Строки 1–3 показывают, что файл предвыборки Notepad считывался в контексте процесса Notepad в ходе его запуска. Строки 4-10 (с временными метками на 10 секунд позже, чем в первых трех строках) демонстрируют, что Task Scheduler, который выполняется в контексте процесса Svchost, записал обновленный файл предвыборки.

Чтобы еще больше уменьшить вероятность скачкообразного поиска, через каждые три дня (или около того) Task Scheduler в периоды простоя формирует список файлов и каталогов в том порядке, в каком на них были ссылки при загрузке системы или запуске приложения, и сохраняет его в файле \Windows\Prefetch\Layout.ini (рис. 7-32).

Далее он запускает системный дефрагментатор, указывая ему через командную строку выполнить дефрагментацию на основе содержимого файла Layout.ini. Дефрагментатор находит на каждом томе непрерывную область, достаточно большую, чтобы в ней уместились все файлы и каталоги, перечисленные для данного тома, а затем целиком перемещает их в эту область в указанном порядке. Благодаря этому будущие операции предварительной выборки окажутся еще эффективнее, поскольку все считываемые данные теперь физически хранятся на диске в нужной последовательности. Такая дефрагментация обычно затрагивает всего несколько сотен файлов и поэтому выполняется гораздо быстрее, чем полная дефрагментация диска. (Подробнее о дефрагментации см. в главе 12.)