Linux系统编程 42 -系统调用和库函数的比较--预读入缓输出

学习笔记 

fputc或者read函数完成拷贝，拷贝就是完成向磁盘写东西。

由用户空间进入内核空间，借助驱动去驱动磁盘工作。

fputc的话，没有办法直接进入内核，应该向下调用write，因为只用系统调用才能进入系统内核空间，进入内核以后，才有办法去调用驱动层，最终驱动硬件工作。

如果直接通过write进内核，再去调用驱动，写磁盘，从这种角度看，write似乎比fputc效率更高。

使用系统函数read/write 完成拷贝的程序如下：

$cat read_cmp_getc.c 
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>

#define N 1

int main(void)
{
	int fd, fd_out;
	int  n;
	char buf[n];

	fd = open("dict.txt",O_RDONLY);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open dict.txt error");
		exit(1);
	}

	fd_out = open("dict.cp",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0664);
	if(fd<0)
	{
		perror("open dict.cp error");
		exit(1);
	}
	while((n = read(fd,buf,N)))
	{
		if(n ==-1)
		{
			perror("read error");
			exit(1);
		}
		write(fd_out,buf,n);
	}
	close(fd);
	close(fd_out);

	return 0;
}

使用库函数fputc/fgetc完成拷贝的程序如下：

$cat getc_cmp_read.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main(void)
{
    FILE *fp,*fp_out;
    int n;
    
    fp = fopen("dict.txt","r");
    if(NULL== fp)
    {
        perror("fopen dict.txt error");
        exit(1);
    }
    fp_out = fopen("dict.cp","w");
    if(fp_out == NULL)
    {
        perror("fopen dict.cp  error");
        exit(1);
    }
    while((n = fgetc(fp)) != EOF)
    {
	fputc(n,fp_out);
    }
    fclose(fp);
    fclose(fp_out);
    return 0;
}

 后面实际发现使用fputc/fgetc完成拷贝的时间比系统调用函数read/read要短的多

（判断方法：执行各自可执行文件的时候，光标闪烁的时间）

为什么？

strace命令

通过该命令跟踪程序执行的时候，调用的系统调用

同过read/write的系统调用的函数 

$strace ./read_cmp_getc 

write(4, "o", 1)                        = 1
read(3, "o", 1)                         = 1
write(4, "o", 1)                        = 1
read(3, "o", 1)                         = 1

 可以发现都是读一个字节写一个字节。

通过fputc/fgetc的

$strace ./getc_cmp_read

read(3, "hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh"..., 4096) = 4096
write(4, "dskhjfdsfsdaofsdkhfhsdfllkjdsgjl"..., 4096) = 4096
read(3, "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"..., 4096) = 4096
write(4, "hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh"..., 4096) = 4096
read(3, "pppppppppppppppppppppppppppppppp"..., 4096) = 4096
write(4, "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"..., 4096) = 4096
read(3, "dddddddddddddddddddddddddddddddd"..., 4096) = 4096
write(4, "pppppppppppppppppppppppppppppppp"..., 4096) = 4096
read(3, "uuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu"..., 4096) = 4096
write(4, "dddddddddddddddddddddddddddddddd"..., 4096) = 4096

一次读写4K.

所以速度快很多。
为什么会这样？

预读入缓输出

 

 用户程序：read/write  fputc/fgetc

都有一个buffer，read/write指定为1个字节

write的时候，会一个一个字节的写入内核buf

内核buf默认大小为4K.内存缓存满了，就一次性写入磁盘。

中间黑线代表内核区和用户区的隔分，要向跨越这条线，必须要系统调用完成。

每一次跨越（进入），相当耗时。当然比磁盘访问（物理操作）时间要短。

所以read/write慢，是慢在要反复在用户区和内核区来回跳。

且每次一个字节。

但是fputc/fgetc虽然也要从用户区和内核区来回跳，但是不是一次往里写一个字节。

相当于说在fputc函数内部有一个buff（蓝色）大小默认也是4K,所以要满4K后，然后再进内核。

缓冲区：

read/write函数常常被称为Unbuffered I/O（就是蓝色框框的意思）。指的是无用户级缓冲区。但是不保证不使用内核缓冲区。

当然我们也可以重新制定read/write的大小，那个是最左边黑色的框框。

刚才讲的是缓输出。

现在说预读入：

比如从磁盘读取数据到内核空间buff，也不是只读一个字节。操作系统会尽可能多的从磁盘到达

内核缓冲区里面。

摒除误区：系统函数比库函数高大上。系统函数的效率一定比库函数效率高。

结论：即使我们学了系统调用，但是如果能使用库函数的地方，尽量使用库函数。

但是如果有不想用缓输出的机制的时候（比如即时消息的时候），不要使用库函数。

要根据实际情况而定。

标签：fputc,4096,内核,--,write,read,预读,...,库函数
来源： https://blog.csdn.net/sinat_36070482/article/details/121986514