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系统调用之时间开销


一个程序使用系统调用的次数会很大程度上影响系统的性能,因为在执行系统时,会从用户代码切换执行内核代码,然后返回用户代码。优化手段就是尽量减少系统调用。一下实验用来验证系统会付出巨大d呃开支,所用时间与电脑配置、所用的系统的内核有关,故在不同的电脑或同一电脑的不同系统上会有一些差异,但是结果一定是相同的。
       本人使用的系统是Mac OS X 10.8.3 。

 

       1.首先我们建立一个约1Mb的文件(file.in)用于测试。建立代码如下,当然方法有很多这只是其中的一种。


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
FILE *file;
file = fopen("file.in", "w");
int i = 0xfffff;
while (i--) {
fprintf(file,"%c",i%26 + 'a');
if (i%26 == 0)
fprintf(file,"\n");
}
exit(0);
}

    2.然后编译copy_system.c 

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
char c;
int in, out;

in = open("file.in", O_RDONLY);
out = open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);

while (read(in,&c,1) == 1)
write(out,&c,1);

exit(0);
}
        上述代码中要注意的是#include <unistd> (unix standard)要放在第一行,因为它定义的POSIX规范的有关标志可能会影响其他的头文件。
        我们可以看一下运行的结果

 

        这里我们首先看到有一个1.0M的文件file.in。然后喔们编译了copy_system.c,之后使用time命令查看执行时间。

        3.编译copy_system2.c 


#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>

#define BLOCK 1024

int main()
{
char block[BLOCK];
int in, out;
int nread;

in = open("file.in", O_RDONLY);
out = open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);

while ((nread = read(in,block,sizeof(block))) > 0)
write(out,block,nread);

exit(0);
}

        这里我们通过复制数据块的方式来减少系统调用(每次复制1K),看看结果(顺道验证刚才文件确实生成了。。。)


       我把上一次的执行也截取了下来以便比较,现在我们可以看到时间差距还是非常明显了,我们这是减少约2000次(2048)的系统调用所节省的时间。并且我们看到这两个程序执行时间的差距还是巨大的。那么是不是越大越好呢?
       为了实验放便我们将 copy_system2.c中的#define BLOCK 1024删除即为下面代码


#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>


int main()
{
char block[BLOCK];
int in, out;
int nread;

in = open("file.in", O_RDONLY);
out = open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);

while ((nread = read(in,block,sizeof(block))) > 0)
write(out,block,nread);

exit(0);
}

        这样我们就可以很方便的进行实验了。实验结果如下

 


这里我们使用 -Dname=value 的命令选项在编译时定义BLOCK变量。因为我使用的是64位系统所以在后期这个时间依旧在有减小的趋势,不过可以看出在256后这个值已经变化很小了。在1024后这些值开始了摆动,并且失去了之前的规律(system time每次减小一倍,2048和4096的数据(倒数第3个和倒数第1个))。这是因为硬件会限制对底层系统调用一次能读写的数据块大小。

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