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   1 .\" Copyright (c) 1985 The Regents of the University of California.
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   3 .\"
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  24 .\" FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25 .\" DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26 .\" OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27 .\" HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28 .\" LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29 .\" OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30 .\" SUCH DAMAGE.
  31 .\"
  32 .\"     @(#)0.t 5.1 (Berkeley) 4/17/91
  33 .\"
  34 .if n .ND
  35 .TL
  36 Measuring and Improving the Performance of Berkeley UNIX*
  37 .sp
  38 April 17, 1991
  39 .AU
  40 Marshall Kirk McKusick,
  41 Samuel J. Leffler\(dg,
  42 Michael J. Karels
  43 .AI
  44 Computer Systems Research Group
  45 Computer Science Division
  46 Department of Electrical Engineering and Computer Science
  47 University of California, Berkeley
  48 Berkeley, CA  94720
  49 .AB
  50 .FS
  51 * UNIX is a trademark of AT&T Bell Laboratories.
  52 .FE
  53 .FS
  54 \(dg Samuel J. Leffler is currently employed by:
  55 Silicon Graphics, Inc.
  56 .FE
  57 .FS
  58 This work was done under grants from
  59 the National Science Foundation under grant MCS80-05144,
  60 and the Defense Advance Research Projects Agency (DoD) under
  61 ARPA Order No. 4031 monitored by Naval Electronic System Command under
  62 Contract No. N00039-82-C-0235.
  63 .FE
  64 The 4.2 Berkeley Software Distribution of
  65 .UX
  66 for the VAX\(dd
  67 .FS
  68 \(dd VAX, MASSBUS, UNIBUS, and DEC are trademarks of
  69 Digital Equipment Corporation.
  70 .FE
  71 had several problems that could severely affect the overall
  72 performance of the system.
  73 These problems were identified with
  74 kernel profiling and system tracing during day to day use.
  75 Once potential problem areas had been identified
  76 benchmark programs were devised to highlight the bottlenecks.
  77 These benchmarks verified that the problems existed and provided
  78 a metric against which to validate proposed solutions.
  79 This paper examines
  80 the performance problems encountered and describes
  81 modifications that have been made
  82 to the system since the initial distribution.
  83 .PP
  84 The changes to the system have consisted of improvements to the
  85 performance of the existing facilities,
  86 as well as enhancements to the current facilities.
  87 Performance improvements in the kernel include cacheing of path name
  88 translations, reductions in clock handling and scheduling overhead,
  89 and improved throughput of the network subsystem.
  90 Performance improvements in the libraries and utilities include replacement of
  91 linear searches of system databases with indexed lookup,
  92 merging of most network services into a single daemon,
  93 and conversion of system utilities to use the more efficient
  94 facilities available in 4.2BSD.
  95 Enhancements in the kernel include the addition of subnets and gateways,
  96 increases in many kernel limits,
  97 cleanup of the signal and autoconfiguration implementations,
  98 and support for windows and system logging.
  99 Functional extensions in the libraries and utilities include
 100 the addition of an Internet name server,
 101 new system management tools,
 102 and extensions to \fIdbx\fP to work with Pascal.
 103 The paper concludes with a brief discussion of changes made to
 104 the system to enhance security.
 105 All of these enhancements are present in Berkeley UNIX 4.3BSD.
 106 .AE
 107 .LP
 108 .sp 2
 109 CR Categories and Subject Descriptors:
 110 D.4.3
 111 .B "[Operating Systems]":
 112 File Systems Management \-
 113 .I "file organization, directory structures, access methods";
 114 D.4.8
 115 .B "[Operating Systems]":
 116 Performance \-
 117 .I "measurements, operational analysis";
 118 .sp
 119 Additional Keywords and Phrases:
 120 Berkeley UNIX,
 121 system performance,
 122 application program interface.
 123 .sp
 124 General Terms:
 125 UNIX operating system,
 126 measurement,
 127 performance.
 128 .de PT
 129 .lt \\n(LLu
 130 .pc %
 131 .nr PN \\n%
 132 .tl '\\*(LH'\\*(CH'\\*(RH'
 133 .lt \\n(.lu
 134 ..
 135 .af PN i
 136 .ds LH Performance
 137 .ds RH Contents
 138 .bp 1
 139 .if t .ds CF April 17, 1991
 140 .if t .ds LF DRAFT
 141 .if t .ds RF McKusick, et. al.
 142 .ce
 143 .B "TABLE OF CONTENTS"
 144 .LP
 145 .sp 1
 146 .nf
 147 .B "1.  Introduction"
 148 .LP
 149 .sp .5v
 150 .nf
 151 .B "2.  Observation techniques
 152 \0.1.    System maintenance tools
 153 \0.2.    Kernel profiling
 154 \0.3.    Kernel tracing
 155 \0.4.    Benchmark programs
 156 .LP
 157 .sp .5v
 158 .nf
 159 .B "3.  Results of our observations
 160 \0.1.    User programs
 161 \0.1.1.    Mail system
 162 \0.1.2.    Network servers
 163 \0.2.    System overhead
 164 \0.2.1.    Micro-operation benchmarks
 165 \0.2.2.    Path name translation
 166 \0.2.3.    Clock processing
 167 \0.2.4.    Terminal multiplexors
 168 \0.2.5.    Process table management
 169 \0.2.6.    File system buffer cache
 170 \0.2.7.    Network subsystem
 171 \0.2.8.    Virtual memory subsystem
 172 .LP
 173 .sp .5v
 174 .nf
 175 .B "4.  Performance Improvements
 176 \0.1.    Performance Improvements in the Kernel
 177 \0.1.1.    Name Cacheing
 178 \0.1.2.    Intelligent Auto Siloing
 179 \0.1.3.    Process Table Management
 180 \0.1.4.    Scheduling
 181 \0.1.5.    Clock Handling
 182 \0.1.6.    File System
 183 \0.1.7.    Network
 184 \0.1.8.    Exec
 185 \0.1.9.    Context Switching
 186 \0.1.10.   Setjmp and Longjmp
 187 \0.1.11.   Compensating for Lack of Compiler Technology
 188 \0.2.    Improvements to Libraries and Utilities
 189 \0.2.1.    Hashed Databases
 190 \0.2.2.    Buffered I/O
 191 \0.2.3.    Mail System
 192 \0.2.4.    Network Servers
 193 \0.2.5.    The C Run-time Library
 194 \0.2.6.    Csh
 195 .LP
 196 .sp .5v
 197 .nf
 198 .B "5.  Functional Extensions
 199 \0.1.    Kernel Extensions
 200 \0.1.1.    Subnets, Broadcasts, and Gateways
 201 \0.1.2.    Interface Addressing
 202 \0.1.3.    User Control of Network Buffering
 203 \0.1.4.    Number of File Descriptors
 204 \0.1.5.    Kernel Limits
 205 \0.1.6.    Memory Management
 206 \0.1.7.    Signals
 207 \0.1.8.    System Logging
 208 \0.1.9.    Windows
 209 \0.1.10.   Configuration of UNIBUS Devices
 210 \0.1.11.   Disk Recovery from Errors
 211 \0.2.    Functional Extensions to Libraries and Utilities
 212 \0.2.1.    Name Server
 213 \0.2.2.    System Management
 214 \0.2.3.    Routing
 215 \0.2.4.    Compilers
 216 .LP
 217 .sp .5v
 218 .nf
 219 .B "6.  Security Tightening
 220 \0.1.    Generic Kernel
 221 \0.2.    Security Problems in Utilities
 222 .LP
 223 .sp .5v
 224 .nf
 225 .B "7.  Conclusions
 226 .LP
 227 .sp .5v
 228 .nf
 229 .B Acknowledgements
 230 .LP
 231 .sp .5v
 232 .nf
 233 .B References
 234 .LP
 235 .sp .5v
 236 .nf
 237 .B "Appendix \- Benchmark Programs"
 238 .de _d
 239 .if t .ta .6i 2.1i 2.6i
 240 .\" 2.94 went to 2.6, 3.64 to 3.30
 241 .if n .ta .84i 2.6i 3.30i
 242 ..
 243 .de _f
 244 .if t .ta .5i 1.25i 2.5i
 245 .\" 3.5i went to 3.8i
 246 .if n .ta .7i 1.75i 3.8i
 247 ..