为什么我的“猫”是 与 Linux 的“cat”相比，系统调用速度更慢的函数？

Question

我已经在 C 中使用系统调用（打开、读取和写入）来模拟 Linux 系统中的“cat”函数来完成此函数，并且它比真实的函数慢......

我使用与真实的缓冲区大小相同的“ cat”和使用“strace”我认为它进行了相同数量的系统调用。 但我的“猫”的输出比真正的“猫”慢一点。

这是我的代码：

#define BUFSIZ 32768

int sysWriteBuffer(int fdout, char *buffer, ssize_t readBytes) {
    ssize_t writtenBytes = 0;

    while(writtenBytes < readBytes) {
        writtenBytes += write(fdout,
            buffer + writtenBytes, readBytes - writtenBytes);
        if(writtenBytes == -1) {
            return -1;
        }
    }

    return 0;
}

int catPrint(int fdin, int fdout) {
    char buffer[BUFSIZ];
    ssize_t readBytes;

    do {
        readBytes = read(fdin, buffer, BUFSIZ);

        if(readBytes == -1) {
            return -1;
        }

        if(sysWriteBuffer(fdout, buffer, readBytes) == -1) {
            return -1;
        }
    } while(readBytes > 0);

    return 0;
}

我正在从一个文件中读取（我将其作为参数传递给 main，我认为这里不需要代码），然后使用该文件描述符调用 catPrint() 函数，并使用 1 作为输出描述符所以它打印到标准输出。

我不明白为什么它会慢，因为我使用相同的文件进行测试，并且对于两者（真正的“猫”和我的），整个文本只有一个 read() 和一个 write() 。 整个文本不应该出现在屏幕上吗？

PS：我已将其标记为家庭作业，尽管我在这里的问题（为什么速度较慢）不是家庭作业的一部分。 我只需要使用系统调用来创建一个“cat”类型的函数，这就完成了。 我只是对我的代码感兴趣，它有点慢。

我愚蠢地解决了问题：
我只是决定在同一个文件上调用linux的原始cat几次，一个接一个，我刚刚意识到有时我调用它的时候它也很慢，就像我自己的一样慢。 我想一切都很好......

很抱歉像这些人一样浪费了您的时间。

Answer 1

啊，根据您的编辑，您被预读缓冲区咬住了。 您无法通过运行一次来​​测试两个并排读取文件的程序。 第一个总是较慢，因为文件位于磁盘上，一旦文件位于内存中，第二个将运行得更快，您必须为每个文件创建新数据或运行一个，然后运行两者，以便它们都获得预读缓冲区的好处。

Answer 2

研究 mmap(2)。

您将抛弃 ftell/fread 的细节，但如果读取吞吐量确实很重要，它将跳过间接层。

Answer 3

也许您在没有优化的情况下编译（或者没有那么高的优化设置）？

另外，您的代码将在 readBytes 等于零的情况下调用 sysWriteBuffer 一次 - 也许这（部分）解释了这一点？

您还可以内联 sysWriteBuffer（通过编译器开关或手动）。

"内联" 表示将函数体复制到其调用站点以删除调用函数的开销。 有时编译器会自动执行此操作（我认为 -O3 在 gcc 中启用了此优化）。 您还可以在 gcc 中使用 inline 关键字 告诉编译器内联函数。 如果您这样做，您的声明将如下所示：

static inline int sysWriteBuffer(int fdout, char *buffer, ssize_t readBytes) {
....

Answer 4

如果不比较源代码，很难说。 如果您将您的 cat 与 GNU cat 进行比较，请记住您正在将几个小时/几天前的代码与发展了二十多年的代码进行比较。

您可能想要进行更全面的性能分析，从不同的设备（RAM 磁盘会很好）以不同的输入大小连续多次运行这两个程序。 您必须尝试确定程序中哪些地方速度较慢。

由于 cat 本身非常微不足道（并且您在评论中说您已经在优化编译），我敢打赌您观察到的性能影响不是在实际算法中，而是在程序加载时间上。 如果系统二进制文件是预链接（现在大多数发行版上都很常见），您会看到它的加载速度比您自己编译的任何程序都快（直到您包含程序预链接）。

Answer 5

多少？ 规范猫类似于

char bufr[BUFSIZ];
ssize_t len;

while((len=read(fdin, bufr, BUFSIZ)) >0)
     write(fdout, bufr, len);

它保存了一些指令。

Answer 6

您比较过两者的 strace 吗？ 您可以尝试使用 -tt 参数来获取系统调用的时间。