read() 和 write() 中的内存区域参数大小如何影响 IO 性能？

Question

有an IO example from Advanced Programming in Unix Environment：

#include "apue.h"
#define BUFFSIZE 4096
int
main(void)
{
    int  n;
    char  buf[BUFFSIZE];
    while ((n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFFSIZE)) > 0)
    if (write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n)
    err_sys("write error");
    if (n < 0)
    err_sys("read error");
    exit(0);
}

所有普通的 UNIX 系统 shell 都提供了一种打开文件进行读取的方法 在标准输入上创建（或重写）文件 标准输出，并允许用户利用 shell 的 I/O 重定向工具。

图 3.6 显示了读取 516,581,760 字节的结果 文件，使用 20 种不同的缓冲区大小，具有标准输出 重定向到 /dev/null。本次测试使用的文件系统是 具有 4,096 字节块的 Linux ext4 文件系统。 （st_blksize 值是 4,096。）这占系统时间的最小值 发生在几个定时测量周围开始 BUFFSIZE 为 4,096。将缓冲区大小增加到超出此限制已 积极作用不大。

1. BUFFSIZE 如何影响读取文件的性能？

   BUFFSIZE 增加到 4096，为什么性能 提升？随着BUFFSIZE 增加到 4096 以上，为什么 性能没有明显提升？

2. 内核缓冲区（不是buf，大小为BUFFSIZE 程序）对性能的帮助，与BUFFSIZE相关？

   BUFFSIZE 较小时，内核缓冲区是否有助于积累 小写，所以要提高性能？

Answer 1

对read() 和write() 的每次调用都需要一个系统调用（与内核通信），以及将实际复制到（或从）内核内存空间的时间。

系统调用本身会产生固定的（每次调用）开销/成本，而复制数据的成本当然与要复制的数据量成正比。

因此，如果你read()/write()的缓冲区非常小，那么进行系统调用的开销与复制的数据字节数相比会比较高；而且由于您必须进行大量调用，因此总体运行时间将比您进行大量传输时更长。

调用read()/write() 的次数越少，缓冲区越大，系统就可以将系统调用的开销分摊到每次调用更多的字节数上，从而避免效率低下。然而，在某些时候，随着大小变大，系统调用开销变得完全可以忽略不计，此时程序的效率完全取决于传输数据的成本，而这取决于硬件的速度。这就是为什么您会看到随着尺寸变大而性能趋于平稳。

read() 和 write() 不会将小写操作累积在一起，因为它们代表直接的系统调用。如果您希望以这种方式缓冲小型读取/写入，C 运行时提供 fread() 和 fwrite() 包装器，它们将在您的进程空间内为您完成此操作。