操作系統(tǒng)課程設計實驗報告IO系統(tǒng)調(diào)用開銷比較

1、 i/o系統(tǒng)調(diào)用開銷比較任務目的：了解i/o系統(tǒng)調(diào)用的特點，并通過性能測試增強直觀認識。任務要求：linux平臺用c變成實現(xiàn)文本文件內(nèi)容的倒序。分別使用三種方法,考慮效率，比較性能。標準c的io庫函數(shù)：fopen fread fwriteunix的函數(shù)：open read writeopen和mmap設計方案：實驗的主思路即提供中間容器，將文件中的數(shù)據(jù)讀出存入中間容器，再將容器的內(nèi)容逐次讀入文件內(nèi)部。其要求在于讀入文件的時候?qū)崿F(xiàn)文件內(nèi)容的倒序，則要求中間容器的內(nèi)容從最后一個數(shù)據(jù)讀起，或是在中間容器中早早實現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的倒序。類似于數(shù)據(jù)的壓棧操作和出棧操作，從文件中讀出數(shù)據(jù)壓入棧底，再從棧底讀出數(shù)

2、據(jù)寫入文件頭，中間容器則為棧。為實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的倒序，本任務采取定義一個大容量的數(shù)組作為中間的容器，從文件里以要求讀取的數(shù)據(jù)塊大小讀取文件的內(nèi)容，同時將讀出的數(shù)據(jù)存入數(shù)組中，讀完數(shù)據(jù)可知數(shù)組的大小，再重寫源文件，實現(xiàn)數(shù)組的最后一個元素寫入文件頭，數(shù)組下標不斷減少，以所要求寫入的數(shù)據(jù)塊大小重新寫入文件。針對read和fread每次讀取大小有要求，主要在于讀取或?qū)懭霑r緩沖區(qū)的大小，動態(tài)定義緩沖區(qū)的大小實現(xiàn)每次讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的大小控制。為實現(xiàn)測試文件的內(nèi)容能完整地存入中間容器，即字符串數(shù)組，需要動態(tài)申請文件大小的數(shù)組，存取文件中的內(nèi)容。mmanp指memory-mapped（存儲映射）其將文件內(nèi)容映射到

3、進程地址空間，相比傳統(tǒng)的方法而言，減少了系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)容拷貝，無需進行文件內(nèi)容的讀取和寫入，減少了完成所需要的時間，提高了整體的效率，從而提高了性能。主要在于數(shù)據(jù)的重新排序。設計內(nèi)容：使用標準的c語言i/o庫函數(shù)。存儲結(jié)構(gòu)為數(shù)組，使用fopen以只讀模式打開源文件，用fread and fwrite 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀入和寫入，其核心代碼如下：/讀出文件數(shù)據(jù) while(!feof(fpout)&ifilespace) fread(buff,readspace*sizeof(char),1,fpout); for(j=0;jreadspace;j+,i+) *(date+i)=*(buff+j); f

4、or(k=0;k(filespace/readspace);k+) for(j=0;jreadspace;j+,i-)/從數(shù)組讀出數(shù)據(jù)塊存入buff *(buff+j)=*(date+i); fwrite(buff,readspace*sizeof(char),1,fpin); 使用unix的i/o庫函數(shù)。利用文件的底層操作，完成文件內(nèi)容的讀取，打開文件時以讀取方式打開，方便文件內(nèi)容的讀取和寫入。核心代碼如下：size=read(fd,buff,readspace*sizeof(char);for(j=0;jreadspace;j+) *(date+i)=*(buff+j); /printf(

5、%c,*(date+i); i+; /存入數(shù)組 for(k=0;k(filespace/readspace);k+) for(j=0;jreadspace;j+,i-) *(buff+j)=*(date+i); /printf(%c,*(buff+j); /從數(shù)組中倒序存入緩沖區(qū) size=write(fdi,buff,readspace*sizeof(char);/寫回文件mmap和open。此方式實現(xiàn)地址內(nèi)容的映射，對共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)進行了更改，同時也將反映在文件內(nèi)容，此處只需將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)組中，再寫回到內(nèi)存中，這樣就對文件中的內(nèi)容實現(xiàn)倒序。核心代碼如下：sm=mmap(0,filespac

6、e*sizeof(char),prot_write|prot_read,map_shared,src,0); while(i0) *sm=datefilespace-i; sm-; i-; 任務結(jié)果性能測試：參與測試的文件有三種大?。?kb、256kb、64mb.每次讀取的大小分別為1字節(jié)，256字節(jié)，4kb和16kb。使用time測試各種文件，讀取大小不同其結(jié)果的變化規(guī)律。測試文件為4kb，分別以1字節(jié)、256字節(jié)、4kb大小讀取，以標準c語言i/o讀取實際時間用戶cpu時間系統(tǒng)cpu時間1字節(jié)0m0.002s0m0.001s0m0.001s256字節(jié)0m0.002s0m0.001s0m0.

7、001s4kb0m0.002s0m0.000s0m0.001s測試文件為4kb，分別以1字節(jié)、256字節(jié)、4kb大小讀取，以unix的i/o讀取實際時間用戶cpu時間系統(tǒng)cpu時間1字節(jié)0m0.019s0m0.003s0m0.015s256字節(jié)0m0.004s0m0.002s0m0.001s4kb0m0.002s0m0.000s0m0.001s測試文件為4kb,256kb和64mb，以open和mmap讀取實際時間用戶cpu時間系統(tǒng)cpu時間4kb0m0.020s0m0.003s0m0.015s256kb0m0.006s0m0.002s0m0.003s64mb0m1.398s0m0.802s0

8、m0.149s測試文件為256kb，分別以1字節(jié)、256字節(jié)、4kb、16kb大小讀取，以標準c語言i/o讀取實際時間用戶cpu時間系統(tǒng)cpu時間1字節(jié)0m0.034s0m0.033s0m0.001s256字節(jié)0m0.006s0m0.005s0m0.001s4kb0m0.007s0m0.002s0m0.005s16kb0m0.005s0m0.004s0m0.001s測試文件為256kb，分別以1字節(jié)、256字節(jié)、4kb、16kb大小讀取，以unix的i/o讀取實際時間用戶cpu時間系統(tǒng)cpu時間1字節(jié)0m1.233s0m0.088s0m1.138s256字節(jié)0m0.021s0m0.002s0m

9、0.010s4kb0m0.004s0m0.002s0m0.002s16kb0m0.008s0m0.004s0m0.004s測試文件為64mb，分別以1字節(jié)、256字節(jié)、4kb、16kb大小讀取，以標準c語言i/o讀取實際時間用戶cpu時間系統(tǒng)cpu時間1字節(jié)0m5.792s0m5.579s0m0.298s256字節(jié)0m0.882s0m0.613s0m0.266s4kb0m0.820s0m0.494s0m0.353s16kb0m0.800s0m0.578s0m0.275s測試文件為64mb，分別以1字節(jié)、256字節(jié)、4kb、16kb大小讀取，以unix的i/o讀取實際時間用戶cpu時間系統(tǒng)cpu

10、時間1字節(jié)5m21.923s0m17.469s4m44.656s256字節(jié)0m1.774s0m0.548s0m1.210s4kb0m0.603s0m0.493s0m0.178s16kb0m0.534s0m0.488s0m0.146s運行結(jié)果分析：從性能測試得到的結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：對于同大小的測試文件，同樣讀取大小的三個不同的方式，標準c語言i/o庫函數(shù)花費的總時間相對比較小。對于同大小的測試文件，使用標準c語言i/o庫函數(shù)，針對不同的讀取大小，隨著讀取大小增加而時間總的趨勢有減少。對于同大小的測試文件，使用unix i/o庫函數(shù)，針對不同的讀取大小，隨著讀取大小增加而時間總的趨勢若減少。

11、對于同大小的測試文件，使用mmap函數(shù)，針對不同的讀取大小，隨著測試文件大小增加而時間總的趨勢先減少后增加。感想與體會： 本次課程設計我學到了很多東西，我的專業(yè)知識不是很好，所以我實驗做的比較吃力。但是每次課程設計我都很好的向老師同學學習，在他們樂于幫助之下我學到了怎樣去寫，怎樣去調(diào)試，怎樣把書本上的東西付諸實踐。當我把代碼寫好并運行成功時，那份感覺棒極了，盡管我的代碼有些是參考同學的，但我還是從中學到很多，學到了怎樣用數(shù)組，怎樣用指針去存儲，怎樣用函數(shù)等等。我很高興，但我會繼續(xù)努力。之前看到老師在新浪微博上的參考資料，我就跟著老師的指導一步一步的做，我很感謝我有這樣的老師，每天晚上1點才睡，

12、就是為了我們能夠?qū)W到知識，就像老師自己說的，您確實做到了，是一位盡職的好老師。這就是我本次課程設計的感想和體會。*實驗源代碼如下：#include #include #include int main()const long int len = (4*1024);file * fp;int i;char slen; fp = fopen(4kb.txt,r+);fread(s,sizeof(s),1,fp);fseek(fp,0l,seek_set);/把文件指針移動到文件到首部for(i = len - 1;i = 0;i -)fwrite(&si,sizeof(char),1,fp);fc

13、lose(fp);return 0;#include #include #include void reverse(file *fp,long int offset,long int buffer) int i,sum; char* buff = (char *)malloc(sizeof(char)*buffer);char c;fseek(fp,0,2);sum = ftell(fp); if(offsetsum-buffer)/當最后一次到文檔長度小于buffer時 根據(jù)實際長度讀取寫入 if(offset = sum-buffer)return; fseek(fp,offset,0);

14、 fread(buff,sum-offset-1,1,fp); fseek(fp,0,0); for(i = 0;i buffer-1-i;i -) c = buffi; buffi = buffbuffer-1-i; buffbuffer-1-i = c; fwrite(buff,buffer,1,fp); free(buff);int main (int argc,char *argv)/命令+文件名+緩沖區(qū)大?。╞）file *fp;int a,b,c,d; long int buffer = atol(argv2);/緩沖區(qū)大小 if(fp = fopen(argv1,r+)=null

15、)printf(open file errorn);return 1; reverse(fp,0,buffer); fclose(fp);for(a = 0;a 40000000;a+)for(b = 0;b 40000000;b+)for(c = 0;c 44440000;c+)d = 0; return 0;#include #include #include #include #include /extern long tell (long fd);/const long int buffer = 1024*1024;void reverse(int id,long offset,lon

16、g buffer) int i,sum; char *buff = (char *)malloc(sizeof(char)*buffer);char c;sum = lseek(id,0,2); if(offset=sum-buffer)/當最后一次到文檔長度小于buffer時 根據(jù)實際長度讀取寫入 free(buff);buff = (char *)malloc(sizeof(char)*(sum-buffer+1); lseek(id,offset,0); read(id,buff,sum-offset+1); lseek(id,0,0);/if(buffsum-offset+1=n)/sum-; for(i = 0;i buffer-1-i;i -) c = buffi; buffi = buffbuffer-1-i; buffbuffer-1-i = c; write(id,bu