性能问题
尽管编写 bash 脚本可以实现递归函数，但是由于先天性的不足，使用 bash 脚本编写的递归函数的性能都比较差，问题的根本在于它的主要流程都是要不断地调用其他程序，这会 fork 出很多进程，从而极大地增加运行时的开销。下面让我们来看一个计算累加和的例子，清单 15 和清单 16 给出了两个实现，它们分别利用全局变量和标准输入输出设备来传递返回值。为了简单起见，我们也不对输入参数进行任何判断。
清单15. 累加和，利用全局变量传递返回值
[root@localhost shell]# cat -n sum1.sh
1 #!/bin/bash
2
3 sum()
4 {
5 local i=$1
6
7 if [ $i -eq 1 ]
8 then
9 rtn=1
10 else
11 sum `expr $i - 1`
12 rtn=`expr $i + $rtn `
13 fi
14
15 return $rtn
16 }
17
18 if [ -z $1 ]
19 then
20 echo "Need one parameter."
21 exit 1
22 fi
23
24 sum $1
25
26 echo $rtn
清单16. 累加和，利用标准输入输出设备传递返回值
[root@localhost shell]# cat -n sum2.sh
1 #!/bin/bash
2
3 sum()
4 {
5 local i=$1
6
7 if [ $i -eq 1 ]
8 then
9 echo 1
10 else
11 local j=`expr $i - 1`
12 local k=`sum $j`
13 echo `expr $i + $k `
14 fi
15 }
16
17 if [ -z $1 ]
18 then
19 echo "Need one parameter."
20 exit 1
21 fi
22
23 rtn=`sum $1`
24 echo $rtn
下面让我们来测试一下这两个实现的性能会有多大的差距：
清单17. 利用全局变量和标准输入输出设备传递返回值的性能比较
[root@localhost shell]# cat -n run.sh
1 #!/bin/bash
2
3 if [ $# -lt 2 ]
4 then
5 echo "Usage: $0 [number] [executable list]"
6 exit 1
7 fi
8
9 NUM=$1
10 shift
11
12 for i in $*
13 do
14 echo "Running command: $i $NUM"
15 time ./$i $NUM
16
17 sleep 5
18 echo
19 done
[root@localhost shell]# ./run.sh 500 sum1.sh sum2.sh
Running command: sum1.sh 500
125250
real 0m8.336s
user 0m0.532s
sys 0m7.772s
Running command: sum2.sh 500
125250
real 0m20.775s
user 0m1.316s
sys 0m17.741s
在计算 1 到 500 的累加和时，利用标准输入输出设备传递返回值的方法速度要比利用全局变量慢 1 倍以上。随着迭代次数的增加，二者的差距也会越来越大，主要原因标准输入输出设备都是字符设备，从中读写数据耗时会很长；而全局变量则是在内存中进行操作的，速度会明显快很多。
为了提高 shell 脚本的性能，在编写 shell 脚本时，应该尽量多使用 shell 的内嵌命令，而不能过多地调用外部脚本或命令，因为调用内嵌命令时不会 fork 新的进程，而是在当前 shell 环境中直接执行这些命令，这样可以减少很多系统开销。以计算表达式的值为例，前面的例子我们都是通过调用 expr 来对表达式进行求值的，但是 bash 中提供了一些内嵌的计算表达式手段，例如 ((i = $j + $k)) 与 i=`expr $j + $k` 的效果就是完全相同的，都是计算变量 j 与 k 的值，并将结果赋值给变量 i，但是前者却节省了一次 fork 新进程以及执行 expr 命令的开销。下面让我们对清单 15 中的脚本进行一下优化，如清单 18 所示。
清单18. 优化后的计算累加和的脚本
[root@localhost shell]# cat -n sum3.sh
1 #!/bin/bash
2
3 sum()
4 {
5 local i=$1
6
7 if [ $i -eq 1 ]
8 then
9 rtn=1
10 else
11 sum $(($i - 1))
12 ((rtn = rtn + i))
13 fi
14
15 return $rtn
16 }
17
18 sum $1
19
20 echo $rtn
现在让我们来比较一下优化前后的性能差距，如清单 19 所示。
清单19. 优化前后的性能对比
[root@localhost shell]# ./run.sh 2000 sum1.sh sum3.sh
Running command: sum1.sh 2000
2001000
real 1m19.378s
user 0m15.877s
sys 1m3.472s
Running command: sum3.sh 2000
2001000
real 0m12.202s
user 0m10.949s
sys 0m1.220s
可以看出，在迭代 2000 次时，优化后的脚本速度要比优化前快 5 倍以上。但是无论如何，使用 shell 脚本编写的递归函数的执行效率都不高，c 语言的实现与其相比，快了可能都不止一个数量级，详细数据请参看清单 20。
清单20. c 语言与 bash 脚本实现递归函数的对比
[root@localhost shell]# cat -n sum.c
1 #include <stdlib.h>
2 #include <stdio.h>
3
4 int sum(int i)
5 {
6 if (i == 1)
7 return 1;
8 else
9 return i + sum(i-1);
10 }
11
12 int main(int argc, char **argv[])
13 {
14 printf("%d\n", sum(atoi((char *)argv[1])));
15 }
[root@localhost shell]# gcc -O2 -o sum sum.c
[root@localhost shell]# ./run.sh 3000 sum sum3.sh
Running command: sum 3000
4501500
real 0m0.004s
user 0m0.000s
sys 0m0.004s
Running command: sum3.sh 3000
4501500
real 0m31.182s
user 0m28.998s
sys 0m2.004s
因此，如果编写对性能要求很高的递归程序，还是选择其他语言实现好了，这并不是 shell 的强项。 |