Нейл Мэтью - Основы программирования в Linux

В данной главе мы проделаем это несколькими способами для того, чтобы сравнить эффективность разных методов. Для краткости предположим, что входной файл существует, а выходной — нет, и что все операции чтения и записи завершаются успешно. Конечно, в реальных программах вам придется убедиться в том, что эти предположения верны!

1. Сначала вам нужно создать тестовый входной файл размером, скажем, 1 Мбайт и именем file.in.

2. Далее откомпилируйте программу copy_system.c.

#include

#include

#include

#include

int main() {

char c;

int in, out;

in = open("file.in", O_RDONLY);

put = open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);

while(read(in, &c, 1) == 1) write(out, &c, 1);

exit(0);

}

Имейте в виду, что строка #include должна быть первой, поскольку она определяет флаги, касающиеся соответствия стандарту POSIX и способные повлиять на другие включенные в #includeфайлы.

3. Выполнение программы даст результат, похожий на следующий:

$ TIMEPORMAT="" time ./copy_system

4.67user 146.90system 2:32.57elapsed 99%CPU

...

$ ls -ls file.in file.out

1029 -rw-r--r-- 1 neil users 1048576 Sep 17 10:46 file.in

1029 -rw------- 1 neil users 1048576 Sep 17 10:51 file.out

Как это работает

Вы используете команду timeдля определения времени выполнения программы. В ОС Linux переменная TIMEFORMATприменяется для переопределения принятого по умолчанию в стандарте POSIX формата вывода времени, в который не включено время использования ЦПУ. Как видите, что в этой очень старой системе входной файл file.in размером 1 Мбайт был успешно скопирован в файл file.out, созданный с правами на чтение/запись только для владельца. Копирование заняло две с половиной минуты и затратило фактически все доступное время ЦПУ. Программа так медлительна потому, что вынуждена была выполнить более двух миллионов системных вызовов.

В последние годы ОС Linux продемонстрировала огромные успехи в повышении производительности системных вызовов и файловой системы. Для сравнения аналогичный тест с применением ядра 2.6 занял чуть менее 14 секунд:

$ TIMEFORMAT="" time ./copy_system

2.08user 10.59system 0:13.74elapsed 92%CPU

...

Вы можете добиться лучших результатов, копируя блоки большего размера. Взгляните на модифицированную программу copy_block.c, которая копирует файл блоками в 1 Кбайт и снова использует системные вызовы.

#include

#include

#include

#include

int main() {

char block[1024];

int in, out;

int nread;

in = open("file.in", O_RDONLY);

out = open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR);

while((nread = read(in, block, sizeof(block))) > 0)

write(out, block, nread);

exit(0);

}

Теперь испытайте программу, но сначала удалите старый выходной файл.

$ rm file.out

$ TIMEFORMAT="" time ./copy_block

0.00user 0.02system 0:00.04elapsed 78%CPU

...

Как это работает

Теперь программа выполняется только сотые доли секунды, поскольку ей требуется около 2000 системных вызовов. Конечно, это время очень зависит от системы, но оно показывает, что системные вызовы сопряжены с поддающимися измерению издержками, поэтому их применение стоит оптимизировать.

Существует ряд других системных вызовов, оперирующих низкоуровневыми дескрипторами файлов. Они позволяют программе контролировать использование файла, возвращая информацию о его состоянии,

Системный вызов lseekзадает указатель текущей позиции чтения/записи дескриптора файла, т.е. вы можете применять его для установки в файле места, с которого будет происходить следующее считывание или на которое будет производиться следующая запись. Вы можете задать указатель на абсолютную позицию файла или позицию, относительно текущего положения указателя или конца файла.

#include

#include

off_t lseek(int fildes, off_t offset, int whence);

Параметр offsetприменяется для указания позиции, а параметр whenceопределяет способ применения offsetи может принимать следующие значения:

□ SEEK_SET— offsetзадает абсолютную позицию;

□ SEEK_CUR— offsetзадается относительно текущей позиции;

□ SEEK_END— offsetзадается относительно конца файла.

Вызов lseekвозвращает величину параметра offsetв байтах, измеряемую от начала файла, для которого установлен указатель, или -1 в случае неудачного завершения. Тип данных off_t, применяемый для параметра offsetв операциях поиска, — зависящий от реализации тип integer(целое), определенный в файле sys/types.h.