MemStorageBench: measuring memory bandwidth and storage throughput on HarmonyOS

MemStorageBench 把内存和存储测试拆成两项独立负载：内存带宽测量固定复制工作量产生的数据流量，顺序存储测量固定文件在连续读写中的吞吐。界面显示速率、耗时和校验状态，每个结果都保留对应的工作量、单位与测量方法。

一个速率由分子和分母共同决定。复制了多少数据、一次复制算一份还是两份流量、写入是否等待同步、读取时是否同时检查每个字节，都会改变数值。我们把这些规则落实在原生执行器里，再由 ArkTS 管理测试、停止和历史记录，让界面上的数字可以追溯到实际执行过程。

从界面到原生负载

应用采用 ArkUI 界面、ArkTS 测试服务和 NAPI 原生模块的分层结构。界面只提交“内存带宽”或“顺序存储”请求；测试服务串行调度任务、匹配运行标识、接收结果并保存历史；原生层负责缓冲区、文件描述符、计时和资源释放。

内存测试复用固定版本原生引擎中的 UID12 复制负载。存储测试则按 UID18/19 的同步工作量，在鸿蒙 SDK 的文件接口上实现读写流程。两者的集成方式不同：前者保留原内存引擎，后者保留明确的文件规模、轮次、数据模式和计时规则，并使用本平台的 I/O 实现。

下面是服务层的精简控制流程。runOne 表示应用自己的异步原生调用与结果保存过程；代码用于说明任务关系，省略了进度订阅和错误对象处理。

async function runSelected(kinds: BenchKind[]): Promise<void> {
  if (state.busy || state.blocked) return;
  state.busy = true;
  stopRequested = false;
  try {
    for (const kind of kinds) {
      if (stopRequested || state.blocked) break;
      await runOne(kind);
    }
  } finally {
    if (!state.blocked) state.busy = false;
  }
}

串行执行使内存测试和文件测试不会同时竞争带宽。busy 阻止重复启动；blocked 表示原生层上一轮的缓冲或文件还没有释放完毕，这时不启动下一轮，即使上一轮的 Promise 已经以异常结束。每项任务还使用独立运行标识，返回结果必须与当前请求匹配，迟到的进度不能覆盖另一轮测试。

内存带宽的两种流量口径

内存负载使用两个 worker，每个 worker 有 256 MiB 源缓冲和 256 MiB 目的缓冲，同时分配总量为 1 GiB。复制阶段的最短运行要求为一秒。应用读取引擎给出的有效速率，不用界面从按下按钮到结束的总时间反算内存带宽。

对一次逻辑上的 N 字节复制，源端需要读取 N 字节，目的端需要写入 N 字节。因此同一负载可以表达为两种速率：

指标	计数方式	用途
逻辑复制吞吐	N / 时间	表达每秒完成多少复制数据
读写流量	2N / 时间	表达源读与目的写的合计流量

两者的二倍关系来自计数定义。这里统计的是复制负载的逻辑流量，不是 DDR 总线上的事务计数。

界面与数据接口统一保存 MiB/s。切换成十进制 MB/s 时，应用只转换显示值，保留同一份原始结果：

function displayRate(mibPerSecond, unit) {
  if (mibPerSecond === null || !Number.isFinite(mibPerSecond)
      || mibPerSecond < 0) return null;
  return unit === 'MB/s' ? mibPerSecond * 1.048576 : mibPerSecond;
}

null 表示没有有效速率，界面显示空缺或状态说明。把失败转换成 0 MB/s 会把执行错误混进性能数据，因此失败和停止使用独立状态。

顺序存储的固定工作量

存储测试使用 1.5 GiB 文件，每轮分成 24 个 64 MiB 块。测试先预分配完整文件，写入 A 模式完成预热，等待至少两秒，随后重新打开文件并读三轮 A；再重新打开文件，依次写入 B、C、D 三种模式。六轮正式测量结束后，额外完整读取最终的 D 文件并检查内容，最后关闭文件、删除本次临时目录。

顺序存储的固定工作量

预分配 1.5 GiB → 预热 → 等待至少 2 秒并重开 → 读取 → 重开 → 写入 → 校验与清理

块宽按请求数据量画；数据量是应用的 I/O 请求，闪存的实际写入量还包含控制器写放大。

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文字版

阶段	说明	所属区间
预热写 A	1 × 1.5 GiB；不计入最终速率	主工作量 10.5 GiB
读取 A	3 × 1.5 GiB；三轮整数速率取均值	主工作量 10.5 GiB
写入 B / C / D	3 × 1.5 GiB；含 fdatasync	主工作量 10.5 GiB
最终 D 校验	1 × 1.5 GiB；全部测量完成后执行	计时外校验 1.5 GiB

图中的块按各阶段的请求数据量画，不按时间。预热写入 1.5 GiB，正式读取共 4.5 GiB，正式写入共 4.5 GiB，计时外校验再读取 1.5 GiB。主工作量共 10.5 GiB，加上校验后总请求为 12 GiB，其中写入合计 6 GiB。这些是应用请求的字节数；闪存上的实际写入量还包含控制器的写放大。

文件以 O_DIRECT 打开，读写缓冲按要求对齐，每轮独立分配并释放。预分配或直接 I/O 失败时，本项报错，不缩小文件，也不改走缓存路径。直接 I/O 绕过了页缓存；控制器、文件系统与硬件自身的缓存仍在路径上，因此结果是文件系统层的顺序吞吐。

原流程里的 F2FS pin 请求只在探测到 F2FS 时对测试文件执行，并记录返回值；本文的记录来自未触发这一分支的运行。

一轮读写怎样计时

计时边界包含每块的绝对定位与同步读写。写入轮次还把 fdatasync 包在同一个连续时间区间内，避免只统计数据进入软件缓冲的时间。缓冲分配、写入模式填充、进度通知和最终数据扫描放在这个区间之外。

下面摘出单轮执行的关键结构。fd 必须属于本次测试，buffer 是调用方准备的 64 MiB 对齐缓冲；readWallSeconds 使用 gettimeofday 读取秒值。完整教学示例见 measure_pass.h，它只展示单轮计时，不包含应用的文件所有权、预分配和历史服务。

const double begin = readWallSeconds();
for (unsigned block = 0; block < 24; ++block) {
    if (stop.load()) return Stopped;
    const off_t offset = off_t(block) * blockBytes;
    if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) != offset) return Failed;
    const ssize_t done = writing ? write(fd, buffer, blockBytes)
                                 : read(fd, buffer, blockBytes);
    if (done != ssize_t(blockBytes)) return Failed;
}
if (writing && fdatasync(fd) != 0) return Failed;
const double elapsed = readWallSeconds() - begin;

短读、短写和系统调用错误直接使本轮失败。这里没有用循环补齐短传输后继续声称原轮次完成，因为那会改变固定调用序列。取消请求在块边界合作检查，已经进入的同步系统调用和 fdatasync 会等待自身返回。

单轮采用 gettimeofday，与原工作量的计时定义一致；整体任务和预热等待另用单调时钟。计算速率前检查区间有限且大于零。计时器是测量方法的一部分，换用别的时钟就记为另一种方法标识。

每轮先将速率向零截断为整数 MiB/s，再对三轮整数求算术平均：

const roundMiBps = Math.trunc(fileBytes / 1048576 / elapsedSeconds);
const finalMiBps = (round0MiBps + round1MiBps + round2MiBps) / 3;

这与“总字节数除以三轮总时间”是不同的聚合方法。网站图表和历史页面使用保存的每轮值及均值，不在展示时改用另一种算法。配套 rate-math.mjs 提供了带有效性检查的纯计算函数。

校验与清理决定结果能否完成

测量中的每次 I/O 都检查完整返回长度，六轮测量完成后再全量校验最终的 D 文件。这样既确认最终文件的完整内容，又让正式读取的计时不包含逐字节比较。最终 D 校验覆盖最终文件；此前读取的 A 数据和已被覆盖的 B、C 内容，由各轮的完整返回长度检查保证。

结果完成还需要满足字节计数、轮数、资源释放与清理条件。应用同时检查 168 次主工作量块定位、24 次校验定位、七次主缓冲分配和释放、一次校验缓冲分配和释放，以及两次阶段重开。临时文件位于本次独占目录，打开、重开与清理时核对文件身份，避免将其他文件纳入操作。

内存原引擎没有提供可安全打断当前复制阶段的接口，因此点击停止会等待当前内存项完成，并取消后续项目。存储项则在块边界或等待阶段响应停止，清理结束后才允许继续。两个执行器共享同一条原则：运行是否结束，由原生任务与资源状态决定。

真机读写结果

下面两组记录均来自 SGU-AL10，采用本文所述工作量，是同一天的两次独立运行。A 记录保留完整逐轮计时和计数；B 记录来自同日最终速率界面的串行测试。两次运行的内存速率相差不到 0.1%，顺序读取相差 4.3%，顺序写入相差 1.6%。

指标	记录 A	记录 B	单位
内存读写流量	40,510.06	40,541.89	MiB/s
逻辑复制吞吐	20,255.03	20,270.94	MiB/s
顺序读取	3,295.00	3,153.00	MiB/s
顺序写入，含同步	3,198.00	3,249.33	MiB/s

MemStorageBench · 两组独立运行结果

SGU-AL10 · 2026-10-17 · 两图坐标尺度不同

• 记录 A
• 记录 B

同一天的两次独立运行，工作量相同；内存两次相差不到 0.1%，存储读取相差 4.3%、写入相差 1.6%。

数据chart-data.json·summary.csv放大

数据表

面板	类别	记录 A / MiB/s	记录 B / MiB/s
内存 · 同一复制负载的两种口径	读写流量	40,510.06	40,541.89
内存 · 同一复制负载的两种口径	逻辑复制吞吐	20,255.03	20,270.94
存储 · 固定 1.5 GiB 文件	顺序读取	3,295.00	3,153.00
存储 · 固定 1.5 GiB 文件	顺序写入（含同步）	3,198.00	3,249.33

内存与存储使用不同量级的坐标轴。内存的两个指标描述同一项复制负载；存储读写描述固定文件流程。图表只比较同一行指标。

记录 A 的存储逐轮数据如下：

轮次	读取耗时 ms	读取 MiB/s	写入模式	写入耗时 ms	写入 MiB/s
1	465.926	3296	B	474.786	3235
2	465.482	3299	C	476.521	3223
3	466.765	3290	D	489.721	3136

记录 A · 三轮读写吞吐与耗时

SGU-AL10 · 2026-10-17

• 读取 A
• 写入 B/C/D

每轮 24 × 64 MiB；写入计时包含 fdatasync。

数据chart-data.json·storage-rounds.csv放大

数据表

面板	轮次	读取 A / MiB/s	写入 B/C/D / MiB/s
逐轮整数吞吐	第 1 轮	3296	3235
逐轮整数吞吐	第 2 轮	3299	3223
逐轮整数吞吐	第 3 轮	3290	3136
对应连续计时区间	第 1 轮	465.9	474.8
对应连续计时区间	第 2 轮	465.5	476.5
对应连续计时区间	第 3 轮	466.8	489.7

该次预热等待为 2007.793 ms，最终校验耗时 1139.910 ms，总请求与实际返回均为 12 GiB；完整校验和清理通过。整体任务约 6.679 秒，包含准备、等待、校验及清理；表中的读写速率只按各轮自己的计时区间计算。

停止路径也有独立实测：在预热等待阶段停止后，累计只传输了 1.5 GiB，正式读写轮次均未执行，速率字段保持空值，缓冲与临时文件清理成功。这条记录作为停止状态保存，不加入完整性能结果。

保存原始结果与生成网站图表

历史记录保留原始 JSON，并将方法标识、单位、状态、字节数和校验信息与结果一起保存。应用最多保留 50 条记录；界面使用字段白名单展示速率和测量信息，底层引擎的内部评分不作为指标展示。冷启动读取存档，不重新运行负载。

显示单位改变时，历史原值不变。测试方法发生变化时，记录使用各自的方法标识和参数，不同计时规则的成绩不会混在一起。

配套 chart-data.json 包含两组汇总、A 记录的六个逐轮数据和阶段字节数；数据说明 列出与三张图的对应关系。数值保留原精度，图片只在标签处取小数，网站直接使用 JSON 或 CSV 绘图。流程图的数据量属于方法配置，吞吐图和逐轮图属于设备测量，两类字段分开保存。

MemStorageBench 的结果对应这里定义的内存复制与同步文件 I/O 流程。它只报告这两类速率，不生成综合分数，数值也不等同于原平台上的官方成绩。工作量、计时和完成条件一起保存，一个速率才能被正确解释和重复检查。