read()/fread()/mmap()执行效率对比

一、 read()/fread()/mmap()执行效率对比

系统调用read.c：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    int fd = open("linux_logo.pnm", O_RDONLY);
    int num = 0;
    char buff[1];
    
    do{
        num = read(fd, buff, 1);
    }while(num != 0);
    
    close(fd);
    
    return 0;
}

库函数fread.c:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    FILE *fp = fopen("linux_logo.pnm", "r");
    int num = 0;
    char buff[1];
    
    do{
        num = fread(buff, 1, 1, fp);
    }while(num != 0);
    
    close(fp);
    
    return 0;
}

使用mmap进行文件映射：
#include <fcntl.h>      //open
#include <sys/mman.h>   //mmap
#include <sys/types.h>  //fstat
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int i;
    char buff[1];
    struct stat statue;
    
    int fd = open("linux_logo.pnm", O_RDONLY);
    
    fstat(fd, &statue);

    char *pm = mmap(NULL, statue.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0) ;

    for(i=0; i<statue.st_size; i++)
    {
        buff[0] = pm[i];
    }

    munmap(pm, statue.st_size);

    close(fd);
    
    return 0;
}

编译后三者执行时间：
time ./read
real    0m2.830s
user    0m0.287s
sys    0m2.178s

time ./fread
real    0m0.088s
user    0m0.082s
sys    0m0.008s

time ./mmap
real    0m0.026s
user    0m0.008s
sys    0m0.005s

ll linux_logo.pnm 
-rw-r--r--. 1 root root 1152015 Aug 27 15:10 linux_logo.pnm

1. ./read的sys(内核态时间)是./fread的2.178/0.008=272倍，而1152015/4096(细页大小为4kB)=281,非常接近，由知识背景推测出可能./read进行的系统调用次数为./fread的4096倍（因为fread()是带缓冲的，每次可能读取1页数据缓存起来，而read()不带缓冲，每次都从硬盘重新读取）

证明：

strace ./read 打印信息如下：

read(3, "375", 1) = 1
read(3, "375", 1) = 1
read(3, "375", 1) = 1
read(3, "375", 1) = 1
read(3, ^C <unfinished ...>

strace ./fread 打印信息如下：

read(3, "=211+=210+=206+<201+8200/8m%)Y3131b)"tB7{QAs"..., 4096) = 4096
read(3, "223234211223234211223234211224235212225236213230241214227240213225236211224235"..., 4096) = 4096
read(3, "YHzYHxWFuTCvRBvRBuP>rM;uR?uR?sP="..., 4096) = 4096
read(3, "Z231|\227zZ226y[231|^232177a232177a232201c237206h245214n250217q247"..., 4096) = 1039
read(3, "", 4096) = 0
exit_group(0) = ?
[root@sfl sys_call]# ^C

可以看出./read每次执行read系统调用都只读取1字节，而./fread中的fread()的read系统调用每次读取4096字节，证明了自己的猜测。

2.在频繁读取问价的情况下，mmap()进行文件映射时执行效率最高的，因为它不需要频繁进行系统调用，可以像操作内存一样操作文件。

3.系统调用是相当耗费时间的，注意适当使用系统调用。

二、相关命令学习

1.time（测量）命令

time命令常用于测量一个命令的运行时间，注意不是用来显示和修改系统时间的（这是date命令干的事情）

real    0m5.064s      <== 实际使用时间（real time，算上了等待、休眠等的时间）
user    0m0.020s     <== 用户态使用时间（the process spent in user mode）
sys     0m0.040s      <== 内核态使用时间（the process spent in kernel mode）

man time后根据说明带参数操作是不成功的，原因是：这个time使用的是shell脚本里面的，是不带命令行参数的，而可执行程序是带命令行参数的

type -a time                    /*列出time命令的类型，发现有两种*/

time is a shell keyword   /*shell脚本中也提供了这个命令，而且默认是使用shell脚本中的*/

time is /usr/bin/time       /*命令行程序*/

　　使用可执行程序的time即可带命令行参数，标识将./read的执行写入到test.txt中而不是command窗口，-v友好的显示；注意这里的time是测量的意思，还会列出很多其他的信息。

/usr/bin/time -o test.txt -v ./read

　　无法将time的输出信息重定向到文件里面，为什么？因为time是shell的关键字，shell做了特殊处理，它会把time命令后面的命令行作为一个整体来进行处理，在重定向时，实际上是针对后面的命令来的，time命令本身的输出并不会被重定向的,两种解决方法:

{ time command-line; } 2>file  注意分隔符的使用。

(time command-line) 2>file 这里time紧贴着小括号(也可以的，命令行结束也不必带分号。

2.strace命令

作用：在最简单的情况下，strace运行指定的命令，直到它退出。它拦截并记录由进程调用的系统调用和进程接收到的信号。 每个系统调用的名称，其参数及其返回值都以标准错误或-o选项指定的文件打印。

文件hello.c

#include <stdio.h>

void main()
{
    printf("hello world!
");
}

gcc hello.c -o hello

执行命令：strace ./hello 打印如下信息：

execve("./pp", ["./pp"], [/* 57 vars */]) = 0
brk(0)                                  = 0x9dfe000
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb780b000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY)      = 3
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=126040, ...}) = 0
mmap2(NULL, 126040, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb77ec000
close(3)                                = 0
open("/lib/libc.so.6", O_RDONLY)        = 3
read(3, "177ELF111331@236201004"..., 512) = 512
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1876456, ...}) = 0
mmap2(0x803000, 1636744, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x803000
mprotect(0x98c000, 4096, PROT_NONE)     = 0
mmap2(0x98d000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x189) = 0x98d000
mmap2(0x990000, 10632, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x990000
close(3)                                = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb77eb000
set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xb77eb6c0, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
mprotect(0x98d000, 8192, PROT_READ)     = 0
mprotect(0x7fb000, 4096, PROT_READ)     = 0
munmap(0xb77ec000, 126040)              = 0
fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 1), ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb780a000
write(1, "hello world!
", 13)          = 13
exit_group(13)                          = ?

现在知道为什么包含glibc中相应的头文件就能使用里面的函数了吧，它在库/lib/libc.so.6里面，包含头文件只是为了能通过编译期而已。

参考：http://www.cnblogs.com/syntax/archive/2012/11/05/2755129.html