64bit時代のバッファ処理

プログラミングの「常識」は時代とともに変化します。そのひとつが、サーバプログラムにおけるバッファ処理です。

1990年代後半から2010年頃までは、メモリ空間の大きさ（32bitすなわち4GB^注1）を超える大きさのファイルを扱う時代でした。このため、httpdなどのサーバプログラムにおいても、入出力データをいったんテンポラリファイルとしてバッファリングする必要がありました。ですが、ファイルI/Oはメモリアクセスと比べると低速です。このため、小さなサイズのデータについてはメモリアクセスする一方で、大きなサイズのデータについてはファイルI/Oを用いる、という煩雑なコードを書く必要がありました。

しかし、2014年も暮れとなる今 、サーバサイドにおいては64bit環境のみを考えれば良い時代に入りつつあります。

もちろん、64bit環境といったところで、64bit空間の全てをユーザプロセスが使えるわけではありません。現行のx86-64 CPUがサポートする論理アドレス空間は48bit（256TB相当）であり、多くのOSではその上位アドレス半分がカーネル空間に割り当てられ、残った128TBがユーザプロセスで使用可能な空間となっています^注2。

128TBものメモリ空間があれば、全てのテンポラリデータを「メモリ空間にマッピングして」使用することができます。

実際に、H2Oのバッファ処理では、64MBを超えるものについてはテンポラリファイルをftruncate/mmapすることで領域を確保^注3し、これに対してメモリアクセスを行うようになっています。詳しくはh2o_buffer_reserve関数の定義をご覧ください。

バッファを利用する側のコードにおいては、サイズの大小に関係なく単なるメモリブロックとしてアクセスできるため、コードが単純かつ高速になるのです。

※本記事はH2O Advent Calendar 2014の一部です。

注1: 多くのOSにおいては、カーネルとメモリ空間を分け合う必要があるため、実際にユーザプロセスで使用できるメモリ空間は1GB〜3GB程度でした
注2: 参照: x86-64 - Wikipedia, the free encyclopedia - Operating system compatibility and characteristics
注3: malloc(3)で確保可能なメモリの総量である物理メモリ+スワップ領域の和は必ずしも十分に大きくないため、テンポラリファイルを生成してftruncateすることでディスク上に必要な領域を確保しています