操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告---io系統(tǒng)調(diào)用開銷比較

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操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告---io系統(tǒng)調(diào)用開銷比較_第1頁

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文檔簡介

1、　　I/O系統(tǒng)調(diào)用開銷比較　　任務(wù)目的：　　了解I/O系統(tǒng)調(diào)用的特點(diǎn)，并通過性能測試增強(qiáng)直觀認(rèn)識。　　任務(wù)要求：　　Linux平臺用C變成實(shí)現(xiàn)文本文件內(nèi)容的倒序。</p&g

2、t;　　分別使用三種方法,考慮效率，比較性能。　　標(biāo)準(zhǔn)C的I／O庫函數(shù)：fopen fread fwrite　　Unix的函數(shù)：open read write　　Open和mmap　　設(shè)計(jì)方案：

3、　　實(shí)驗(yàn)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(shí)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(gè)數(shù)據(jù)讀起，或是在中間容器中早早實(shí)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)據(jù)寫入文件頭，中間容器則為棧。　　為實(shí)現(xiàn)對數(shù)

4、據(jù)的倒序，本任務(wù)采取定義一個(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)組的最后一個(gè)元素寫入文件頭，數(shù)組下標(biāo)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(shí)緩沖區(qū)的大小，動態(tài)定義緩沖區(qū)的大小實(shí)現(xiàn)每次讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的大小控制。為實(shí)

5、現(xiàn)測試文件的內(nèi)容能完整地存入中間容器，即字符串?dāng)?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)容映射到進(jìn)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(jìn)行文件內(nèi)容的讀取和寫入，減少了完成所需要的時(shí)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。<b&g

6、t;　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：　　使用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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)&&i<FILESPAC

7、E)　　{ 　　fread(buff,READSPACE*sizeof(char),1,fpout); 　　for(j=0;j<READSPACE;j++,i++)　　{ *(DATE+i)=*(

8、buff+j);} 　　}　　for(k=0;k<(FILESPACE/READSPACE);k++)　　{ 　　for(j=0;j<READSPACE;j

9、++,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);&l

10、t;/p>　　} 　　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(shí)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;j<RE

11、ADSPACE;j++) { *(DATE+i)=*(buff+j); //printf("%c",*(DATE+i)); i++; }//存入數(shù)組 for(k=0;k<(FILESPACE/READSPACE);k++) { for(j=0;j<READSPACE;j++,i--)

12、{ *(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ope

13、n。此方式實(shí)現(xiàn)地址內(nèi)容的映射，對共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行了更改，同時(shí)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(shí)現(xiàn)倒序。核心代碼如下：　　sm=mmap(0,FILESPACE*sizeof(char),PROT_WRITE|PROT_READ,MAP_SHARED,src,0); while(i<FILESPACE) { DA

14、TE[i]=*sm; i++; sm++; } sm--; while(i>0) { *sm=DATE[FILESPACE-i]; sm--; i--; } 任務(wù)結(jié)果性能測試：　　參與測試的文件有三種大?。?KB、256KB、64MB.每次讀

15、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(biāo)準(zhǔn)C語言I/O讀取　　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　　測試文件為4KB,256KB和

16、64MB，以open和mmap讀取　　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(biāo)準(zhǔn)C語言I/O讀取　　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　　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(biāo)

17、準(zhǔn)C語言I/O讀取　　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　　運(yùn)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(gè)不同的方式，

18、標(biāo)準(zhǔn)C語言I/O庫函數(shù)花費(fèi)的總時(shí)間相對比較小。　　對于同大小的測試文件，使用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(shí)間總的趨勢若減少。　　對于同大小的測試文件，使用mmap函數(shù)，

19、針對不同的讀取大小，隨著測試文件大小增加而時(shí)間總的趨勢先減少后增加。　　感想與體會：　　本次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多東西，我的專業(yè)知識不是很好，所以我實(shí)驗(yàn)做的比較吃力。但是每次課程設(shè)計(jì)我都很好的向老師同學(xué)學(xué)習(xí)，在他們樂于幫助之下我學(xué)到了怎樣去寫，怎樣去調(diào)試，怎樣把書本上的東西付諸實(shí)踐。當(dāng)我把代碼寫好并運(yùn)行成功時(shí)，那份感覺

20、棒極了，盡管我的代碼有些是參考同學(xué)的，但我還是從中學(xué)到很多，學(xué)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(dǎo)一步一步的做，我很感謝我有這樣的老師，每天晚上1點(diǎn)才睡，就是為了我們能夠?qū)W到知識，就像老師自己說的，您確實(shí)做到了，是一位盡職的好老師。　　這就是我本次課程設(shè)計(jì)的感想和體會。<p

21、>　　*實(shí)驗(yàn)源代碼如下：　　#include <stdio.h>　　#include <string.h>　　#include <stdlib.h>　　int main()

22、　　{　　const long int LEN = (4*1024);　　FILE * fp;　　int i;　　char s[LEN];<p

23、>　　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 --)</p

24、>　　{　　fwrite(&s[i],sizeof(char),1,fp);　　}　　fclose(fp);　　return 0;</b

25、>　　}　　#include <stdio.h>　　#include <stdlib.h>　　#include <string.h>　　void re

26、verse(FILE *fp,long int offset,long int buffer)　　{　　int i,sum;　　char* buff = (char *)malloc(sizeof(char)*buffer);<

27、b>　　char c;　　fseek(fp,0,2);　　sum = ftell(fp);　　if(offset>sum-buffer)//當(dāng)最后一次到文檔長度小于buffer時(shí) 根據(jù)實(shí)際長度讀取寫入　　{</b&g

28、t;　　if(offset == sum-buffer)　　return;　　fseek(fp,offset,0);　　fread(buff,sum-offset-1,1,fp);　　fsee

29、k(fp,0,0);　　for(i = 0;i < sum-offset-2 - i;i ++)　　{　　c = buff[i];　　buff[i] = buff[sum-offset-2 - i];&l

30、t;p>　　buff[sum-offset-2-i] = c;　　}　　fwrite(buff,sum-offset-1,1,fp);　　return;　　}</b&

31、gt;　　else　　{　　fseek(fp,offset,0);　　fread(buff,buffer,1,fp);　　//puts(buff);&l

32、t;/p>　　reverse(fp,ftell(fp),buffer);//遞歸　　}　　for(i = buffer - 1;i > buffer-1-i;i --)　　{<

33、;p>　　c = buff[i];　　buff[i] = buff[buffer-1-i];　　buff[buffer-1-i] = c;　　}　　fwrite(buff,buffer,1,fp);<

34、;p>　　free(buff);　　}　　int main (int argc,char *argv[])//命令+文件名+緩沖區(qū)大小（B）　　{　　FILE *fp;&l

35、t;/b>　　int a,b,c,d;　　long int buffer = atol(argv[2]);//緩沖區(qū)大小　　if((fp = fopen(argv[1],"r+"))==NULL)　　{<

36、;/p>　　printf("open file error\n");　　return 1;　　}　　reverse(fp,0,buffer);　　f

37、close(fp);　　for(a = 0;a < 40000000;a++)　　{　　for(b = 0;b < 40000000;b++)　　for(c = 0;c < 44440000;c++)</p&g

38、t;　　d = 0;　　}　　return 0;　　}　　#include <stdio.h

39、>　　#include <stdlib.h>　　#include <fcntl.h>　　#include <unistd.h>　　#include <string.h>　　//

40、extern long tell (long fd);　　//const long int buffer = 1024*1024;　　void reverse(int id,long offset,long buffer)　　{　　i

41、nt i,sum;　　char *buff = (char *)malloc(sizeof(char)*buffer);　　char c;　　sum = lseek(id,0,2);　　if(offset>=sum-buffer

42、)//當(dāng)最后一次到文檔長度小于buffer時(shí) 根據(jù)實(shí)際長度讀取寫入　　{　　free(buff);　　buff = (char *)malloc(sizeof(char)*(sum-buffer+1));　　lseek(id,offs

43、et,0);　　read(id,buff,sum-offset+1);　　lseek(id,0,0);　　//if(buff[sum-offset+1]=='\n')　　//sum--;　　for(i = 0

44、;i < sum-offset - i;i ++)　　{　　c = buff[i];　　buff[i] = buff[sum-offset-1- i];　　buff[sum-offset-1-i] = c;

45、　　}　　write(id,buff,sum-offset);　　return;　　}　　else&

46、lt;/p>　　{　　lseek(id,offset,0);　　read(id,buff,buffer);　　// printf("%s|\n",buff);　　reverse(id,

47、lseek(id,0,1),buffer);//遞歸　　}　　for(i = buffer - 1;i > buffer-1-i;i --)　　{　　c = buff[i];</p&g

48、t;　　buff[i] = buff[buffer-1-i];　　buff[buffer-1-i] = c;　　} 　　write(id,buff,strlen(buff));　　// printf(&quo

49、t;%d",strlen(buff));　　}　　int main (int argc,char *argv[])//命令+文件名+緩沖區(qū)大?。˙）　　{　　long int buffe

50、r = atol(argv[2]);　　int id;　　if((id = open(argv[1],O_RDWR))==-1)　　{　　printf("open file error

51、\n");　　return 1;　　}　　printf("open success\n");　　reverse(id,0,buffer);&l

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