第十四章＊高级I／O（七）－－readv和writev函数

第十四章＊高级I／O（七）－－readv和writev函数 (2012-07-31 13:20)

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原文地址：第十四章＊高级I／O（七）－－readv和writev函数 作者：yourtommy

readv和write函数让我们在单个函数调用里从多个不连续的缓冲里读入或写出。这些操作被称为分散读（scatter read）和集合写（gather write）。

#include <sys/uio.h>

ssize_t readv(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);

ssize_t writev(int filedes, const struct iovec *iov, int iovcnt);

两者都返回读或写的字节数，错误返回-1。

两个函数的第二个参数都是一个iovec结构体数组的指针：
struct iovec {
  void *iov_base;  /* starting address of buffer */
  size_t iov_len;  /* size of buffer */
};

iov数组里的元素数量由iovcnt指定。它限制于IOV_MAX（第二章）。下图显示了这两个函数的参数和iovec结构体的关系：

writev函数把缓冲的输出数据按顺序集合到一起：iov[0]、iov[1]、到iov[iovcnt-1]；writev返回输出字节的总数量，它应该等于所有缓冲长度的和。

readv函数把数据按顺序分散到缓冲里，问题在处理下一个缓冲时填满第一个。readv返回被读的字节总数。如果没有更多数据和碰到文件末尾时返回0的计数。

这两个函数起源于4.2BSD，后来加入到SVR4。这两个函数被SUS的XSI扩展包含。

尽管SUS定义了缓冲地址为一个void *，然而许多未跟上标准的实现仍使用char *代替。

在20.8节里，函数_db_writeidx里，我们需要连续地写两个缓冲到一个文件。第二个要输出的缓冲是一个传给调用者的参数，而第一个缓冲是我们创建的，包含第二个缓冲的长度和文件里其它信息的一个文件偏移量。我们可以有三种方法做这个。

1、调用write两次，一个缓冲一次；

2、分配一个我们自己的缓冲，它足够大来包含两个缓冲，然后把两者拷贝到新缓冲。我们然后为这个新缓冲调用write一次。

3、调用writev来输出两个缓冲。

我们在20.8节使用的解决方案是使用writev，但是把它跟其它两种方案比较是有指导性的。

下表显示了提到的三种方法的结果。 

writev和其它技术的时间结果比较

操作	Linux (Intel x86)			Mac OS X (PowerPC)
	用户	系统	时钟	用户	系统	时钟
两次write	1.29	3.15	7.39	1.60	17.40	19.84
缓冲拷贝，然后一次write	1.03	1.98	6.47	1.10	11.09	12.54
一次writev	0.70	2.72	6.41	0.86	13.58	14.72

我 们测量的测试程序输出一个100字节的头，接着一个200字节的数据。这被完成1048576次，产生一个300M的文件。测试程序有三个分离的条件－－ 上表中每个测量的技术是一个。我们使用times（8.16节）来得到用户CUP时间，系统CPU系统和挂钟时间，在write前后。所有三个时间以秒显 示。

正如我们意料的，系统时间当我们调用两次write时增加，对比于一次的write或writev。这和3.9节的测量结果对应。

接 着，注意CPU时间的总和（用户加上系统），当我们执行缓冲拷贝接着单个write比单个writev调用要少。对于单个write，我们在用户层拷贝缓 冲到一个分段运输的缓冲，然后在我们调用write时内核会把数据拷贝到它内部的缓冲。对于writev，我们应该做更少的拷贝，因为内核只需要直接把数 据拷贝到它的分段运输缓冲里。然而，为如此少的数据使用writev的固定花费，比所得要大。当我们需要拷贝的数据量增加时，在我们程序里拷贝缓冲会便耗 时，而writev替代地将更具吸引力。

小必不要被上表中Linux相对于Mac的性能影响太多。这两个电脑非常不同：它们有不同的处理器架构、不同的RAM量、不同速度的磁盘。为了公平比较两个操作系统，我们需要使用相同的硬件。

总而言之，我们应该总是尝试使用所需的最少次数的系统调用来完成工作。如果我们写少量数据，那么我们将发现自己拷贝数据和使用单个write而不是使用writev会更不耗时。然而，我们可能发现，性能的好处比不上需要管理我们自己的分段运输缓冲的复杂性代价。