Linux高级环境编程实验报告2

作业报告学生姓名：学号：指导教师：学生E-mail：一、作业名称:带缓存的文件操作类二、作业要求在创立执行体程序库中的日志类的过程中，分析得出通过缓存向文件中写入数据时，能够提高读写磁盘的性能。本文根据这个思想，建立一个简单的文件操作的封装类，其内部对根本的文件操作函数〔open、lseek、read、write、close〕进行封装，对外提供读写操作接口，并提供数据的缓存效劳：1、调用该类的写操作接口时，数据要首先写到缓存中，再根据要求写入文件中；2、调用该类的度操作接口时，该类能够缓存读出的数据；3、读写缓存要保持一致性。三、设计与实现首先看下该封装类的定义：classEXFileOperator{public:EXFileOperator(constchar*_FileName);~EXFileOperator();voidF_READ(int_position,int_length);voidF_WRITE(constchar*pstrMsg);private:EXFileOperator();intReadFile(intposition,intlength);intWriteFile(constchar*pstrMsg);intFlush();constchar*FileName;int_fd;pthread_mutex_t*m_pMutex;char*m_pBuffer;unsignedintm_nUsedBytesForBuffer;};EXFileOperator类中F_READ和F_WRITE是该类对外提供的读写操作的接口，其中F_READ表示从给定位置(_Position)开始读出_length长度的文件内容；调用F_WRITE函数，将pstrMsg指向的信息串写入到文件中。内部ReadFile和WriteFile分别封装了文件read和write操作函数，lseek也封装在ReadFile中。在读操作之前和缓存缺乏时可调用Flush函数进行缓存的刷新。另外，类中还提供了保存一些信息的成员变量，包括需要操作的文件的文件名(FileName)、文件标识符(_fd)，以及互斥量m_pMutex和缓存区(m_Buffer)。文件的翻开和关闭操作分别封装在该类的构造函数和析构函数中，设置缓存已用长度为0。假设互斥量初始化操作失败，那么需要进行一些去除工作。关闭文件后，还要撤销互斥量和回收缓存。EXFileOperator::EXFileOperator(constchar*_FileName){_fd=open(_FileName,O_RDWR|O_CREAT|O_APPEND,S_IRUSR|S_IWUSR);if(_fd==-1)throw"InEXFileOperator::EXFileOperator(),openerror";m_pBuffer=newchar[BUFFER_SIZE];m_nUsedBytesForBuffer=0;m_pMutex=newpthread_mutex_t;if(pthread_mutex_init(m_pMutex,0)!=0){deletem_pMutex;delete[]m_pBuffer;close(_fd);throw"InEXFileOperator::EXFileOperator(),initerror";}}EXFileOperator::~EXFileOperator(){if(_fd!=0)close(_fd);if(m_pMutex!=0)deletem_pMutex;if(m_pBuffer!=0)delete[]m_pBuffer;}对文件读写操作的封装在ReadFile函数和WriteFile函数中。在进行读之前，需要对缓存进行刷新，保证能够读出最新的文件数据。如果需要读出的数据长度比拟大，大于缓存长读时，那么需要分批次读，每次先读到缓存中，再打印出；假设需要读出的数据长度较小，那么会一次性的读到缓存再打印出。intEXFileOperator::ReadFile(intposition,intlength){Flush();if(pthread_mutex_lock(m_pMutex)!=0)throw"pthread_mutex_lockfailed......";……intr;if(length==0){ cout<<""<<endl; cout<<"youwanttoreadnothing"<<endl;}while(length>0){r=read(_fd,m_pBuffer,length);if(r==-1){cout<<"readfailed......"<<endl;break;}if(r==0){cout<<""<<endl;cout<<"theendofthefile......"<<endl;break;}cout<<m_pBuffer;lseek(_fd,r,SEEK_CUR);//重新修改偏移量〔定位〕length-=r;//剩余待读数据长度。}if(pthread_mutex_unlock(m_pMutex)!=0)throw"pthread_mutex_unlockfailed......";return0;}对于WriteFile函数，要根据写入数据长度与缓存大小的相对性进行不同方式的写操作。假设需写入的数据长度大于缓存大小，显然无法写到缓存中，这时就直接写入到文件中；假设写入数据的长度小于缓存大小，那么需要先写入缓存，而且当剩余缓存缺乏时，要先对缓存进行刷新。intEXFileOperator::WriteFile(constchar*pstrMsg){……………if(pthread_mutex_lock(m_pMutex)!=0)return-1;unsignedintlen_strmsg=strlen(pstrMsg);unsignedintm_nleftroom=BUFFER_SIZE-m_nUsedBytesForBuffer;if(len_strmsg>BUFFER_SIZE){if(_fd==-1)return-1;intw=write(_fd,pstrMsg,len_strmsg);if(w==-1)return-1;returnw;}if(len_strmsg>m_nleftroom){if(Flush()==-1)return-1;}memcpy(m_pBuffer+m_nUsedBytesForBuffer,pstrMsg,len_strmsg);m_nUsedBytesForBuffer+=len_strmsg;if(pthread_mutex_unlock(m_pMutex)!=0)return-1;return0;}为保证读写缓存的一致性，在读写操作中，都先对缓存进行互斥量加锁，操作结束后进行解锁。最后我们来看看缓存的刷新操作是如何实现的。同样需要对缓存进行互斥量的加锁，保证其一致性。刷新的主要工作就是将缓存中的数据写入到文件中。操作结束后进行互斥量解锁操作，刷新成功返回写入的数据长度，否那么返回-1。intEXFileOperator::Flush(){………………if(pthread_mutex_lock(m_pMutex)!=0)return-1;………………intw=write(_fd,m_pBuffer,m_nUsedBytesForBuffer);………………m_nUsedBytesForBuffer=0;if(pthread_mutex_unlock(m_pMutex)!=0)return-1;returnw;}四、测试到这里文件操作的封装类已经根本设计完成，下面进行一些简单的测试。首先测试对文件进行写操作的功能实现，根据策略，先写入少量信息，即数据长度小于缓存长度〔设置为64〕时，查看数据是在文件中还是在缓存中。测试代码〔1〕如下：intmain(){EXFileOperator*Opt=newEXFileOperator("test2.txt");Opt->F_WRITE("WuXuanle202321060208");}测试代码(1)想要向文件中写入"WuXuanle202321060208"(长度<64)，验证结果如图4-1所示，我们可以看到，成功完成对文件的写操作，但文件中并没有测试中想要写入的内容，这是因为该局部内容还在缓存中。为验证测试代码〔1〕中，写入内容在缓存中，而没有写入文件中，我们增加一次写操作，且这次写入数据长度仍然小于缓存大小，但加上第一次写的内容，图4-1测试代码〔1〕的验证结果数据长度要大于缓存大小。测试代码〔2〕如下：intmain(){EXFileOperator*Opt=newEXFileOperator("test2.txt");Opt->F_WRITE("WuXuanle202321060208");Opt->F_WRITE("UniversityofElectronicScienceandTechologyofChina");}测试代码〔2〕进行了两次写操作，验证结果如图4-2所示。从中可以看出两次写操作都已成功，而且文件中出现了第一次写的内容，而第二次写的内容没有出现。分析一下，由于第一次写入数据暂存在缓存中，而使得第二次写时，剩余缓存缺乏，会先进行刷新操作，这样第一次写的内容就会被写入到文件中，而第二次写的内容仍在缓存中。图4-2测试代码〔2〕的验证结果最后进行读操作的测试，代码〔3〕如下：intmain(){EXFileOperator*Opt=newEXFileOperator("test2.txt");Opt->F_WRITE("WuXuanle202321060208");Opt->F_WRITE("UniversityofElectronicScienceandTechologyofChina");Opt->F_READ(28,23);Opt->F_READ(51,56);Opt->F_READ(0,110);}其验证结果如图4-3所示。图4-3测试代码〔3〕的验证结果五、对本课程或本作业的建议和意见本次作业涉及到文件操作的封装，并要求通过缓存来提高读写磁盘的性能，这样一些细节问题就要考虑到封装类的设计中，并在最后进行屡次测试，验证封装类的功能和效果。六、附录代码局部：#include<fcntl.h>#include<unistd.h>#include<iostream>#include<errno.h>#include<pthread.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include"EXFileOperator.h"usingnamespacestd;#defineBUFFER_SIZE64//缓存大小，设置为64EXFileOperator::EXFileOperator(constchar*_FileName){//翻开文件，并进行初始化工作_fd=open(_FileName,O_RDWR|O_CREAT|O_APPEND,S_IRUSR|S_IWUSR);if(_fd==-1) throw"InEXFileOperator::EXFileOperator(),openerror";m_pBuffer=newchar[BUFFER_SIZE];//创立缓存区m_nUsedBytesForBuffer=0;//设置已用缓存区大小为0m_pMutex=newpthread_mutex_t;//创立互斥量对象if(pthread_mutex_init(m_pMutex,0)!=0){//缓存正在被访问，此次加锁失败deletem_pMutex;delete[]m_pBuffer;close(_fd);throw"InEXFileOperator::EXFileOperator(),initerror";}}EXFileOperator::~EXFileOperator(){//关闭文件，并进行互斥量的撤销和缓存的回收if(_fd!=0)close(_fd);if(m_pMutex!=0)deletem_pMutex;if(m_pBuffer!=0)delete[]m_pBuffer;}voidEXFileOperator::F_WRITE(constchar*pstrMsg){//对外提供写操作接口if(WriteFile(pstrMsg)==-1)//调用WriteFile函数cout<<"writefailed............"<<endl;elsecout<<"writesuccessfully..........."<<endl;}intEXFileOperator::WriteFile(constchar*pstrMsg){if(pstrMsg==0)return-1;if(strlen(pstrMsg)==0)return-1;if(m_pBuffer==0)return-1;if(pthread_mutex_lock(m_pMutex)!=0)return-1;unsignedintlen_strmsg=strlen(pstrMsg);//获取写入信息的大小unsignedintm_nleftroom=BUFFER_SIZE-m_nUsedBytesForBuffer;//剩余缓存大小if(len_strmsg>BUFFER_SIZE){//待写入信息长度大于缓存区大小时，直接写入文件if(_fd==-1)return-1;intw=write(_fd,pstrMsg,len_strmsg);if(w==-1)return-1;returnw;}if(len_strmsg>m_nleftroom){//剩余缓存区缺乏时，刷新缓存if(Flush()==-1)return-1;}memcpy(m_pBuffer+m_nUsedBytesForBuffer,pstrMsg,len_strmsg);//写入缓存m_nUsedBytesForBuffer+=len_strmsg;//修改已用缓存大小if(pthread_mutex_unlock(m_pMutex)!=0)return-1;return0;}voidEXFileOperator::F_READ(int_position,int_length){//对外提供读操作接口if(ReadFile(_position,_length)==-1)cout<<"readingfailed......"<<endl;else{cout<<""<<endl;//换行cout<<"theresultsreadabove......"<<endl;}}intEXFileOperator::ReadFile(intposition,intlength){Flush();//读之前进行刷新if(pthread_mutex_lock(m_pMutex)!=0)throw"pthread_mutex_lockfailed......";if(_fd==-1)return-1;if(lseek(_fd,position,SEEK_SET)==-1)return-1;intr;if(length==0){//不读出数据 cout<<""<<endl; cout<<"youwanttoreadnothing"<<endl;}while(length>0){//分段读出长度为length的数据r=read(_fd,m_pBuffer,length);//读入缓存if(r==-1){cout<<"readfailed......"<<endl;break;}if(r==0){cout<<""<<endl;cout<<"theendofthefile......"<<endl;break;}cout<<m_pBuffer;//打印出要读出的数据lseek(_fd,r,SEEK_CUR);//修改偏移量，准备下一次读length-=r;//剩余读数据长度