我正在写一个关于操作系统的实验。您需要编写两个使用管道和共享内存段传输数据的程序。有必要比较传输时间并得出结论：共享内存段在处理大数据时工作得更快。但事实恰恰相反。我的代码有什么问题？我究竟做错了什么？ 我计算工作时间为阅读结束减去写作开始
UPD：我听了评论并更改了代码，添加了新结果
代码管：
#define _GNU_SOURCE
#include <sys/time.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <wait.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#define COUNT 6
int main()
{
// fd[0]=READ, fd[1]=WRITE
int fd[2], nread, pid, status, base = 1;
for (int i = 0; i < COUNT; i++)
{
int size = 8*base; // bytes
base *= 16;
pipe(fd);
fcntl(fd[1], F_SETPIPE_SZ, size);
fcntl(fd[0], F_SETPIPE_SZ, size);
struct timespec t1, t2;
pid = fork();
if (pid == 0)
{
// READ
int tmp_size = 0;
close(fd[1]);
char *buf = (char *)malloc((size) * sizeof(char));
while((nread = read(fd[0], buf, size)) != 0);
free(buf);
exit(1);
}
else
{
// WRITE
close(fd[0]);
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &t1);
char *buf = (char *)malloc((size) * sizeof(char));
for (int j = 0; j < size; j++)
{
*(buf+j) = '1';
}
write(fd[1], buf, size);
close(fd[1]);
free(buf);
}
wait(&status);
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &t2);
FILE *file = i == 0? fopen("program1_result", "w"): fopen("program1_result", "a+");
char cur_time[150];
sprintf(cur_time, "%ld nsec\n", 1000000000*(t2.tv_sec - t1.tv_sec) + (t2.tv_nsec-t1.tv_nsec));
if (file != NULL) fputs(cur_time, file);
fclose(file);
}
}
代码共享内存：
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/sem.h>
#include <math.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <wait.h>
#define COUNT 6
int main()
{
int pid, status, shmid, sem, base = 1;
char *shmPtr;
key_t shm_keys[COUNT], sem_keys[COUNT];
for (int i = 0; i < COUNT; i++)
{
shm_keys[i] = ftok(".", (char)i);
sem_keys[i] = ftok(".", 'a' + i);
}
for (int i = 0; i < COUNT; i++)
{
int size = 8*base;
base *= 16;
if ((shmid = shmget(shm_keys[i], size + 1, IPC_CREAT | 0666)) == -1) exit(1);
shmPtr = shmat(shmid, 0, 0);
sem = semget(sem_keys[i], 1, IPC_CREAT | 0666);
//struct timeval s, e;
struct timespec t1, t2;
pid = fork();
if (pid == 0)
{
while(semctl(sem, 0, GETVAL) != 1);
char *str = (char *)malloc(size * sizeof(char));
strcpy(str, shmPtr);
free(str);
exit(1);
}
else
{
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &t1);
char *str = (char *)malloc((size+1) * sizeof(char));
for (int j = 0; j < size; j++)
{
*(str+j) = '1';
}
*(str + size) = '\0';
strcpy(shmPtr, str);
semctl(sem, 0, SETVAL, 1);
free(str);
}
wait(&status);
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &t2);
FILE *file = i == 0? fopen("program2_result", "w"): fopen("program2_result", "a+");
char cur_time[150];
sprintf(cur_time, "%ld nsec\n", 1000000000*(t2.tv_sec - t1.tv_sec) + (t2.tv_nsec-t1.tv_nsec));
if (file != NULL) fputs(cur_time, file);
fclose(file);
shmdt(shmPtr);
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
semctl(sem, 0, IPC_RMID);
}
return 0;
}
结果管：
结果共享内存：
New result:
|bytes | pipe (nsec) | shm (nsec)|
|---------|-------------|-----------|
| 8 | 517516 | 489703 |
| 128 | 205485 | 440699 |
| 2048 | 374170 | 1162227 |
| 32768 | 584830 | 548490 |
| 524288 | 3162177 | 4010005 |
| 8388608 | 50293808 | 67142116 |
请帮助理解我做错了什么。
有必要比较传输时间并得出共享内存段在处理大数据时工作速度更快的结论。
这就是所谓的“回避问题”——假设结论是正确的而不证明它（然后修改测试以迫使假设稍后成立）。
但事实恰恰相反。我的代码有什么问题？
您的代码没有任何问题。有时未经证实的假设是错误的假设，有时强迫测试与未经证实的假设相匹配是自欺欺人的基础（即使是学生强迫测试与老师想要的相匹配，从而导致老师的自欺欺人）。请注意，“我的老师是正确的”是另一个未经证实的假设，可能是（而且经常是）错误的。
对于您的具体代码：
理论上；读取/写入管道时，内核将数据复制到内核空间中的缓冲区或从缓冲区复制数据的成本与您自己将数据复制到共享内存或从共享内存复制数据的成本大致相同。但是，共享内存会增加您使用的虚拟内存量，从而增加
fork()这两种情况的同步基本相同。例如。阻塞等待数据到达管道，然后在数据到达时被唤醒的进程本质上与阻塞等待信号量并在可以获取信号量时被唤醒的进程相同。这包括相同数量的系统调用和“用户 -> 内核 -> 用户”转换。
没有其他“非表面”差异。
换句话说，您应该预料到共享内存会更慢。
您可以通过将
fork()pid = fork(); if (pid == 0) { for (int i = 0; i < COUNT; i++) { ... } else /* pid != 0 */ { for (int i = 0; i < COUNT; i++) { ... } }修复并行度差异；您可以在共享内存中实现自己的 FIFO 队列，以便可以将较新的数据放入队列，同时从队列中取出较旧的数据。如果你这样做，你将重新发明管道，并且应该充分强化自然/预期的“完全相同的工作，具有不相关的表面差异=完全相同的性能”关系。
当然“共享内存更快”并不是一个可以期待的选项。它建立在一个神话之上，涉及避免内核系统调用，包括避免需要告诉内核“我必须等待数据到达，所以阻止我”，并避免需要告诉内核“其他进程需要停止等待并解除阻塞”因为数据到达了”。要人为地制造共享内存更好的神话，您需要将调度程序移至用户空间；或者将调度程序移至用户空间。或者引入额外的后台工作，以便进程执行其他有用的工作而不是阻塞。这意味着投票；就像“
while(true) { do_some_other_work(); if( data_received() ) { handle_received_data(); } }