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标题: 提高文件 I/O 效率的方法：使用缓冲 [打印本页]

作者: beyes 时间: 2008-11-16 23:01
标题: 提高文件 I/O 效率的方法：使用缓冲
缓冲区的大小对性能有很大的影响，举例来说，用勺子把汤从一个碗里舀到另外一个碗里，用较大的勺子就可以少舀几次，从而节省时间。

对文件操作同样如此。比如复制一个 5M 的文件，如果设定缓冲为 1M ，那么只需要系统调用 5 次便可以完成了文件的复制；如果缓冲区只设置为 512K，那么需要系统调用 10 次才可以复制完文件。然而，系统的调用是需要很多时间的。

为什么系统调用需要花很多时间呢？下面示范系统调用 read() 的一个过程：

Quote:
[blockquote]
|------ 用户进程----|-->---|-----read()-----|--->----|-----------------数据-------------------|
<----用户空间----> <---内核空间--> <--------------磁盘空间-------------->
[/blockquote]

当 read() 调用发生时，执行权会从用户代码转移到内核代码，其中转换和执行内核代码是需要时间的

系统调用开销大不仅仅是因为要传输数据，当运行内核代码时，CPU工作在 supervisor模式，这对应于一些特殊的堆栈和内存环境，必须在系统调用发生时建立好。系统调用结束后( read()返回)，CPU要切换回用户模式，这时就必须把堆栈和内存环境恢复成用户程序运行时的状态，而这种运行环境的切换是需要消耗很多时间的。

在 supervisor(管理员模式) 下，程序可以直接访问磁盘，终端，打印机等设备，还可以访问全部的内存空间；而在用户模式下，程序不能直接访问设备，也只能访问特定部分的内存空间。

在运行时刻，系统会根据需要不断地在两种模式间的切换。管理员模式和用户模式的切换与CPU关系很大，CPU中有特定的标记来区分当前的工作模式。

举一个形象的例子，在电影《超人》中，超人有两种形态，一种是现实中普通人（用户模式）；另外一种是能力惊人的超人（管理员模式）。在需要从普通人变成超人时，超人先需要找一个地方，然后脱掉西装，摘取眼镜，改变发型，然后变成超人去拯救他人。等任务完成后，又找个地方变回普通人。变来变去，是很需要时间的。

如果一个程序，无缓冲的频繁的进行系统调用，而让CPU把太多的时间消耗在执行内核代码和模式的切换上，那么CPU就不可能有很多时间来执行程序中业务逻辑的代码或提供系统服务，所以要尽可能地减少模式间的切换。也就是，不能老是让超人变来变去，那么他就没有什么精力去拯救人类了。

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