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   3 .\"
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  15 .\"
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  21 .\" DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  22 .\" OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  23 .\" HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  24 .\" LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  25 .\" OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  26 .\" SUCH DAMAGE.
  27 .\"
  28 .\"     @(#)0.t 5.1 (Berkeley) 4/17/91
  29 .\"
  30 .if n .ND
  31 .TL
  32 Measuring and Improving the Performance of Berkeley UNIX*
  33 .sp
  34 April 17, 1991
  35 .AU
  36 Marshall Kirk McKusick,
  37 Samuel J. Leffler\(dg,
  38 Michael J. Karels
  39 .AI
  40 Computer Systems Research Group
  41 Computer Science Division
  42 Department of Electrical Engineering and Computer Science
  43 University of California, Berkeley
  44 Berkeley, CA  94720
  45 .AB
  46 .FS
  47 * UNIX is a trademark of AT&T Bell Laboratories.
  48 .FE
  49 .FS
  50 \(dg Samuel J. Leffler is currently employed by:
  51 Silicon Graphics, Inc.
  52 .FE
  53 .FS
  54 This work was done under grants from
  55 the National Science Foundation under grant MCS80-05144,
  56 and the Defense Advance Research Projects Agency (DoD) under
  57 ARPA Order No. 4031 monitored by Naval Electronic System Command under
  58 Contract No. N00039-82-C-0235.
  59 .FE
  60 The 4.2 Berkeley Software Distribution of
  61 .UX
  62 for the VAX\(dd
  63 .FS
  64 \(dd VAX, MASSBUS, UNIBUS, and DEC are trademarks of
  65 Digital Equipment Corporation.
  66 .FE
  67 had several problems that could severely affect the overall
  68 performance of the system.
  69 These problems were identified with
  70 kernel profiling and system tracing during day to day use.
  71 Once potential problem areas had been identified
  72 benchmark programs were devised to highlight the bottlenecks.
  73 These benchmarks verified that the problems existed and provided
  74 a metric against which to validate proposed solutions.
  75 This paper examines
  76 the performance problems encountered and describes
  77 modifications that have been made
  78 to the system since the initial distribution.
  79 .PP
  80 The changes to the system have consisted of improvements to the
  81 performance of the existing facilities,
  82 as well as enhancements to the current facilities.
  83 Performance improvements in the kernel include cacheing of path name
  84 translations, reductions in clock handling and scheduling overhead,
  85 and improved throughput of the network subsystem.
  86 Performance improvements in the libraries and utilities include replacement of
  87 linear searches of system databases with indexed lookup,
  88 merging of most network services into a single daemon,
  89 and conversion of system utilities to use the more efficient
  90 facilities available in 4.2BSD.
  91 Enhancements in the kernel include the addition of subnets and gateways,
  92 increases in many kernel limits,
  93 cleanup of the signal and autoconfiguration implementations,
  94 and support for windows and system logging.
  95 Functional extensions in the libraries and utilities include
  96 the addition of an Internet name server,
  97 new system management tools,
  98 and extensions to \fIdbx\fP to work with Pascal.
  99 The paper concludes with a brief discussion of changes made to
 100 the system to enhance security.
 101 All of these enhancements are present in Berkeley UNIX 4.3BSD.
 102 .AE
 103 .LP
 104 .sp 2
 105 CR Categories and Subject Descriptors:
 106 D.4.3
 107 .B "[Operating Systems]":
 108 File Systems Management \-
 109 .I "file organization, directory structures, access methods";
 110 D.4.8
 111 .B "[Operating Systems]":
 112 Performance \-
 113 .I "measurements, operational analysis";
 114 .sp
 115 Additional Keywords and Phrases:
 116 Berkeley UNIX,
 117 system performance,
 118 application program interface.
 119 .sp
 120 General Terms:
 121 UNIX operating system,
 122 measurement,
 123 performance.
 124 .de PT
 125 .lt \\n(LLu
 126 .pc %
 127 .nr PN \\n%
 128 .tl '\\*(LH'\\*(CH'\\*(RH'
 129 .lt \\n(.lu
 130 ..
 131 .af PN i
 132 .ds LH Performance
 133 .ds RH Contents
 134 .bp 1
 135 .if t .ds CF April 17, 1991
 136 .if t .ds LF DRAFT
 137 .if t .ds RF McKusick, et. al.
 138 .ce
 139 .B "TABLE OF CONTENTS"
 140 .LP
 141 .sp 1
 142 .nf
 143 .B "1.  Introduction"
 144 .LP
 145 .sp .5v
 146 .nf
 147 .B "2.  Observation techniques
 148 \0.1.    System maintenance tools
 149 \0.2.    Kernel profiling
 150 \0.3.    Kernel tracing
 151 \0.4.    Benchmark programs
 152 .LP
 153 .sp .5v
 154 .nf
 155 .B "3.  Results of our observations
 156 \0.1.    User programs
 157 \0.1.1.    Mail system
 158 \0.1.2.    Network servers
 159 \0.2.    System overhead
 160 \0.2.1.    Micro-operation benchmarks
 161 \0.2.2.    Path name translation
 162 \0.2.3.    Clock processing
 163 \0.2.4.    Terminal multiplexors
 164 \0.2.5.    Process table management
 165 \0.2.6.    File system buffer cache
 166 \0.2.7.    Network subsystem
 167 \0.2.8.    Virtual memory subsystem
 168 .LP
 169 .sp .5v
 170 .nf
 171 .B "4.  Performance Improvements
 172 \0.1.    Performance Improvements in the Kernel
 173 \0.1.1.    Name Cacheing
 174 \0.1.2.    Intelligent Auto Siloing
 175 \0.1.3.    Process Table Management
 176 \0.1.4.    Scheduling
 177 \0.1.5.    Clock Handling
 178 \0.1.6.    File System
 179 \0.1.7.    Network
 180 \0.1.8.    Exec
 181 \0.1.9.    Context Switching
 182 \0.1.10.   Setjmp and Longjmp
 183 \0.1.11.   Compensating for Lack of Compiler Technology
 184 \0.2.    Improvements to Libraries and Utilities
 185 \0.2.1.    Hashed Databases
 186 \0.2.2.    Buffered I/O
 187 \0.2.3.    Mail System
 188 \0.2.4.    Network Servers
 189 \0.2.5.    The C Run-time Library
 190 \0.2.6.    Csh
 191 .LP
 192 .sp .5v
 193 .nf
 194 .B "5.  Functional Extensions
 195 \0.1.    Kernel Extensions
 196 \0.1.1.    Subnets, Broadcasts, and Gateways
 197 \0.1.2.    Interface Addressing
 198 \0.1.3.    User Control of Network Buffering
 199 \0.1.4.    Number of File Descriptors
 200 \0.1.5.    Kernel Limits
 201 \0.1.6.    Memory Management
 202 \0.1.7.    Signals
 203 \0.1.8.    System Logging
 204 \0.1.9.    Windows
 205 \0.1.10.   Configuration of UNIBUS Devices
 206 \0.1.11.   Disk Recovery from Errors
 207 \0.2.    Functional Extensions to Libraries and Utilities
 208 \0.2.1.    Name Server
 209 \0.2.2.    System Management
 210 \0.2.3.    Routing
 211 \0.2.4.    Compilers
 212 .LP
 213 .sp .5v
 214 .nf
 215 .B "6.  Security Tightening
 216 \0.1.    Generic Kernel
 217 \0.2.    Security Problems in Utilities
 218 .LP
 219 .sp .5v
 220 .nf
 221 .B "7.  Conclusions
 222 .LP
 223 .sp .5v
 224 .nf
 225 .B Acknowledgements
 226 .LP
 227 .sp .5v
 228 .nf
 229 .B References
 230 .LP
 231 .sp .5v
 232 .nf
 233 .B "Appendix \- Benchmark Programs"
 234 .de _d
 235 .if t .ta .6i 2.1i 2.6i
 236 .\" 2.94 went to 2.6, 3.64 to 3.30
 237 .if n .ta .84i 2.6i 3.30i
 238 ..
 239 .de _f
 240 .if t .ta .5i 1.25i 2.5i
 241 .\" 3.5i went to 3.8i
 242 .if n .ta .7i 1.75i 3.8i
 243 ..