操作系统课程设计实验报告IO系统调用开销比较

1、 i/o系统调用开销比较任务目的：了解i/o系统调用的特点，并通过性能测试增强直观认识。任务要求：linux平台用c变成实现文本文件内容的倒序。分别使用三种方法,考虑效率，比较性能。标准c的io库函数：fopen fread fwriteunix的函数：open read writeopen和mmap设计方案：实验的主思路即提供中间容器，将文件中的数据读出存入中间容器，再将容器的内容逐次读入文件内部。其要求在于读入文件的时候实现文件内容的倒序，则要求中间容器的内容从最后一个数据读起，或是在中间容器中早早实现数据内容的倒序。类似于数据的压栈操作和出栈操作，从文件中读出数据压入栈底，再从栈底读出数

2、据写入文件头，中间容器则为栈。为实现对数据的倒序，本任务采取定义一个大容量的数组作为中间的容器，从文件里以要求读取的数据块大小读取文件的内容，同时将读出的数据存入数组中，读完数据可知数组的大小，再重写源文件，实现数组的最后一个元素写入文件头，数组下标不断减少，以所要求写入的数据块大小重新写入文件。针对read和fread每次读取大小有要求，主要在于读取或写入时缓冲区的大小，动态定义缓冲区的大小实现每次读取或写入数据的大小控制。为实现测试文件的内容能完整地存入中间容器，即字符串数组，需要动态申请文件大小的数组，存取文件中的内容。mmanp指memory-mapped（存储映射）其将文件内容映射到

3、进程地址空间，相比传统的方法而言，减少了系统调用和内容拷贝，无需进行文件内容的读取和写入，减少了完成所需要的时间，提高了整体的效率，从而提高了性能。主要在于数据的重新排序。设计内容：使用标准的c语言i/o库函数。存储结构为数组，使用fopen以只读模式打开源文件，用fread and fwrite 实现数据的读入和写入，其核心代码如下：/读出文件数据 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-)/从数组读出数据块存入buff *(buff+j)=*(date+i); fwrite(buff,readspace*sizeof(char),1,fpin); 使用unix的i/o库函数。利用文件的底层操作，完成文件内容的读取，打开文件时以读取方式打开，方便文件内容的读取和写入。核心代码如下：size=read(fd,buff,readspace*sizeof(char);for(j=0;jreadspace;j+) *(date+i)=*(buff+j); /printf(

5、%c,*(date+i); i+; /存入数组 for(k=0;k(filespace/readspace);k+) for(j=0;jreadspace;j+,i-) *(buff+j)=*(date+i); /printf(%c,*(buff+j); /从数组中倒序存入缓冲区 size=write(fdi,buff,readspace*sizeof(char);/写回文件mmap和open。此方式实现地址内容的映射，对共享内存的数据进行了更改，同时也将反映在文件内容，此处只需将数据存储在数组中，再写回到内存中，这样就对文件中的内容实现倒序。核心代码如下：sm=mmap(0,filespac

6、e*sizeof(char),prot_write|prot_read,map_shared,src,0); while(i0) *sm=datefilespace-i; sm-; i-; 任务结果性能测试：参与测试的文件有三种大小：4kb、256kb、64mb.每次读取的大小分别为1字节，256字节，4kb和16kb。使用time测试各种文件，读取大小不同其结果的变化规律。测试文件为4kb，分别以1字节、256字节、4kb大小读取，以标准c语言i/o读取实际时间用户cpu时间系统cpu时间1字节0m0.002s0m0.001s0m0.001s256字节0m0.002s0m0.001s0m0.

7、001s4kb0m0.002s0m0.000s0m0.001s测试文件为4kb，分别以1字节、256字节、4kb大小读取，以unix的i/o读取实际时间用户cpu时间系统cpu时间1字节0m0.019s0m0.003s0m0.015s256字节0m0.004s0m0.002s0m0.001s4kb0m0.002s0m0.000s0m0.001s测试文件为4kb,256kb和64mb，以open和mmap读取实际时间用户cpu时间系统cpu时间4kb0m0.020s0m0.003s0m0.015s256kb0m0.006s0m0.002s0m0.003s64mb0m1.398s0m0.802s0

8、m0.149s测试文件为256kb，分别以1字节、256字节、4kb、16kb大小读取，以标准c语言i/o读取实际时间用户cpu时间系统cpu时间1字节0m0.034s0m0.033s0m0.001s256字节0m0.006s0m0.005s0m0.001s4kb0m0.007s0m0.002s0m0.005s16kb0m0.005s0m0.004s0m0.001s测试文件为256kb，分别以1字节、256字节、4kb、16kb大小读取，以unix的i/o读取实际时间用户cpu时间系统cpu时间1字节0m1.233s0m0.088s0m1.138s256字节0m0.021s0m0.002s0m

9、0.010s4kb0m0.004s0m0.002s0m0.002s16kb0m0.008s0m0.004s0m0.004s测试文件为64mb，分别以1字节、256字节、4kb、16kb大小读取，以标准c语言i/o读取实际时间用户cpu时间系统cpu时间1字节0m5.792s0m5.579s0m0.298s256字节0m0.882s0m0.613s0m0.266s4kb0m0.820s0m0.494s0m0.353s16kb0m0.800s0m0.578s0m0.275s测试文件为64mb，分别以1字节、256字节、4kb、16kb大小读取，以unix的i/o读取实际时间用户cpu时间系统cpu

10、时间1字节5m21.923s0m17.469s4m44.656s256字节0m1.774s0m0.548s0m1.210s4kb0m0.603s0m0.493s0m0.178s16kb0m0.534s0m0.488s0m0.146s运行结果分析：从性能测试得到的结果，可以得出以下结论：对于同大小的测试文件，同样读取大小的三个不同的方式，标准c语言i/o库函数花费的总时间相对比较小。对于同大小的测试文件，使用标准c语言i/o库函数，针对不同的读取大小，随着读取大小增加而时间总的趋势有减少。对于同大小的测试文件，使用unix i/o库函数，针对不同的读取大小，随着读取大小增加而时间总的趋势若减少。

11、对于同大小的测试文件，使用mmap函数，针对不同的读取大小，随着测试文件大小增加而时间总的趋势先减少后增加。感想与体会：待添加的隐藏文字内容2 本次课程设计我学到了很多东西，我的专业知识不是很好，所以我实验做的比较吃力。但是每次课程设计我都很好的向老师同学学习，在他们乐于帮助之下我学到了怎样去写，怎样去调试，怎样把书本上的东西付诸实践。当我把代码写好并运行成功时，那份感觉棒极了，尽管我的代码有些是参考同学的，但我还是从中学到很多，学到了怎样用数组，怎样用指针去存储，怎样用函数等等。我很高兴，但我会继续努力。之前看到老师在新浪微博上的参考资料，我就跟着老师的指导一步一步的做，我很感谢我有这样的老

12、师，每天晚上1点才睡，就是为了我们能够学到知识，就像老师自己说的，您确实做到了，是一位尽职的好老师。这就是我本次课程设计的感想和体会。*实验源代码如下：#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);/把文件指针移动到文件到首部for(i = len - 1;i = 0;i -)fwrite(&si,sizeof(cha

13、r),1,fp);fclose(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)/当最后一次到文档长度小于buffer时 根据实际长度读取写入 if(offset = sum-buffer)return; fseek(fp

14、,offset,0); 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+缓冲区大小（b）file *fp;int a,b,c,d; long int buffer = atol(argv2);/缓冲区大小 if(fp = fopen(arg

15、v1,r+)=null)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

16、 offset,long buffer) int i,sum; char *buff = (char *)malloc(sizeof(char)*buffer);char c;sum = lseek(id,0,2); if(offset=sum-buffer)/当最后一次到文档长度小于buffer时 根据实际长度读取写入 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,b