Rust std fs 比 Python 慢！真的吗！？

标签：std fs Python +- python read ms test

作者：Xuanwo

Databend Labs 成员，数据库研发工程师

https://github.com/xuanwo

我即将分享一个冗长的故事，从 OpenDAL 的 op.read()开始，以一个意想不到的转折结束。这个过程对我来说非常有启发性，我希望你也能感受到。我会尽力重现这个经历，并附上我一路学到的教训。让我们开始吧！

所有的代码片段和脚本都可以在 Xuanwo/when-i-find-rust-is-slow 中找到。

OpenDAL Python 绑定比 Python 慢？

OpenDAL 是一个数据访问层，允许用户以统一的方式从各种存储服务中轻松高效地获取数据。我们通过 pyo3 为 OpenDAL 提供了 python 绑定。

有一天，@beldathas 在 discord 向我报告了一个案例，即 OpenDAL 的 python 绑定比 python 慢：

import pathlib
import timeit

import opendal

root = pathlib.Path(__file__).parent
op = opendal.Operator("fs", root=str(root))
filename = "lorem_ipsum_150mb.txt"

def read_file_with_opendal() -> bytes:
    with op.open(filename, "rb") as fp:
        result = fp.read()
    return result

def read_file_with_normal() -> bytes:
    with open(root / filename, "rb") as fp:
        result = fp.read()
    return result

if __name__ == "__main__":
    print("normal: ", timeit.timeit(read_file_with_normal, number=100))
    print("opendal: ", timeit.timeit(read_file_with_opendal, number=100))

结果显示

(venv) $ python benchmark.py
normal:  4.470868484000675
opendal:  8.993250704006641

Emmm，我对这些结果有点尴尬。以下是一些快速的假设：

Python 是否有内部缓存可以重复使用相同的内存？
Python 是否拥有加速文件读取的一些技巧？
PyO3 是否引入了额外的开销？

我将代码重构如下：

python-fs-read

with open("/tmp/file", "rb") as fp:
    result = fp.read()
assert len(result) == 64 * 1024 * 1024

python-opendal-read

import opendal

op = opendal.Operator("fs", root=str("/tmp"))

result = op.read("file")
assert len(result) == 64 * 1024 * 1024

结果显示，Python 比 OpenDAL 快得多：

Benchmark 1: python-fs-read/test.py
  Time (mean ± σ):      15.9 ms ±   0.7 ms    [User: 5.6 ms, System: 10.1 ms]
  Range (min … max):    14.9 ms …  21.6 ms    180 runs
  
Benchmark 2: python-opendal-read/test.py
  Time (mean ± σ):      32.9 ms ±   1.3 ms    [User: 6.1 ms, System: 26.6 ms]
  Range (min … max):    31.4 ms …  42.6 ms    85 runs
  
Summary
  python-fs-read/test.py ran
    2.07 ± 0.12 times faster than python-opendal-read/test.py

OpenDAL 的 Python 绑定似乎比 Python 本身运行得更慢，这并不是个好消息。让我们来探究其背后的原因。

OpenDAL Fs 服务比 Python 慢？

这个谜题涉及到许多元素，如 rust、opendal、python、pyo3 等。让我们集中精力尝试找出根本原因。

我在 rust 中通过 opendal fs 服务实现了相同的逻辑：

rust-opendal-fs-read

use std::io::Read;
use opendal::services::Fs;
use opendal::Operator;

fn main() {
    let mut cfg = Fs::default();
    cfg.root("/tmp");
    let op = Operator::new(cfg).unwrap().finish().blocking();

    let mut bs = vec![0; 64 * 1024 * 1024];

    let mut f = op.reader("file").unwrap();
    let mut ts = 0;
    loop {
        let buf = &mut bs[ts..];
        let n = f.read(buf).unwrap();
        let n = n as usize;
        if n == 0 {
            break
        }
        ts += n;
    }

    assert_eq!(ts, 64 * 1024 * 1024);
}

然而，结果显示即使 opendal 是用 rust 实现的，它的速度仍然比 python 慢：

Benchmark 1: rust-opendal-fs-read/target/release/test
  Time (mean ± σ):      23.8 ms ±   2.0 ms    [User: 0.4 ms, System: 23.4 ms]
  Range (min … max):    21.8 ms …  34.6 ms    121 runs
 
Benchmark 2: python-fs-read/test.py
  Time (mean ± σ):      15.6 ms ±   0.8 ms    [User: 5.5 ms, System: 10.0 ms]
  Range (min … max):    14.4 ms …  20.8 ms    166 runs
 
Summary
  python-fs-read/test.py ran
    1.52 ± 0.15 times faster than rust-opendal-fs-read/target/release/test

虽然 rust-opendal-fs-read 的表现略优于 python-opendal-read，这暗示了在绑定和 pyo3 中有改进的空间，但这些并非核心问题。我们需要进一步深入探究。

啊，opendal fs 服务比 python 慢。