OS实验——测试磁盘读写速度与多进程并发（C语言，Linux）

这几天换季了，身边的很多人包括自己都感冒了，大家要注意保暖防寒，适当运动，规律作息。这期的blog本来想分两期做的，结果这几天一直重感冒，拖到了现在，索性就来个二合一。
完整代码在文末

对于这个实验，结合实验给出的样例，不难分析出需要的几个小知识点：malloc创建缓冲区，open、write、read这三个文件操作函数的使用以及gettimeofday（）函数以及时间结构体的使用。

时间结构体

struct timeval {
    time_t      tv_sec;     
    suseconds_t tv_usec;    
};

以及 获取当前时间函数的声明

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);

二者的头文件

#include 

相关使用可以参考如下例子

struct timeval startTime, endTime;
gettimeofday(&startTime, NULL);
//语句块;
gettimeofday(&endTime, NULL);
double timeElapse=(double)( endTime. tv_sec - startTime.tv_sec)*1000.0 + (double) ( endTime. tv_usec- startTime.tv_usec)/1000.0;

最终得到的timeElapse即为执行语句块所需的时间。当然，很容易可以知道，单位是毫秒。

头文件

#include

malloc创建缓冲区

char* buffer = (char*)malloc(sizeof(char) * 100 * MB);

这里强调一点，不能使用char buffer[] 来代替char* buffer，在linux下是不能通过gcc编译的，至于原因，个人觉得是前者属于将buffer视为一个数组，而后者才是一个字符串，或者是因为malloc创建的缓冲区以char*，不允许类型转换成char[]

#include 
#include 
int open(const char *path, int oflag);
int open(const char *path, int oflag, mode_t mode);

相关介绍如上，可以发现open函数的第三个参数可以有也可以没有，第三个参数表示文件的权限，mode用于指定文件创建时的访问权限。当传入mode参数后，文件的访问权限为mode&(~umask)。然后我们再看下linux下的输出


这就是不传mode和传mode的区别，不传的话open默认为550（ 当不传入第三个参数时，即使用只含有两个参数的open，新创建的文件访问权限由底层算法指定。），我们指定了后输出一个644的权限，和mode一样，欸，前面不是还说会和umask取反做按位与嘛，怎么还是不变？因为我们的umask被我们设置为了001，所以最终输出的文件的权限也是0644。

#include 
size_t read(int fd, void *buf, size_t count);
size_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
int close(int fd);

fd为文件描述符的int变量，由open函数返回得到，当fd < 0，时表示open失败。

1. 创建缓冲区
2. 读写文件前后分别获取当前时间
3. 用缓冲区比上获得的时间段即可

两个比较重要的先导知识，fork() 和 wait() 函数

fork（）函数：
创建子进程，同时会返回一个值，根据返回的值，我们可以判断创建子进程是否成功，以及当时处于父进程还是子进程。
wait（）函数
我们一般使用wait（NULL），其作用是使当前最近的一个子进程结束，然后执行父进程，一般用于父进程中。

关于这两个函数以及并发的思路，我都是参照下列这位大大的blog，有需要的可以看看
链接

关于进程以及并发，首先要明确的1点是在该实验中，两个进程一个是compute进程，一个是IO进程，这两个进程一个主要占用的是CPU，另一个是IO这样的临界资源。对于一般的OS，我们默认cpu只有一个，因此CPU每次只能执行一个进程，而并发的好处在于其可以CPU执行一个进程，另外的资源（比如IO）执行另一个进程。
使用fork创建的父子进程会并发执行所有进程，当然由于cpu只有一个，且其中一个进程占cpu的时间会较长，所以相对来说，需要wait（）去等待执行完子进程。

以下是源码
（测试读写速度）

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define MB 1048576

int main(int argc, char* argv[])
{
    char filename[] = "myfile05";
    // 100MB
    char* buffer = (char*)malloc(sizeof(char) * 100 * MB);
    buffer[MB] = '';
    size_t bufSize =  100 * MB * 5;

    struct timeval startWriteTime, endWriteTime;

    gettimeofday(&startWriteTime, NULL);

    int fd;
    fd = open(filename, O_RDWR | O_CREAT, 0777);
    if (fd < 0)
    {
        perror("Unable to  creat file");
        return -1;
    }

    size_t sizeWrited = write(fd, (void*)buffer, bufSize);
    printf("Write:%ldbytes to %sn", sizeWrited, filename);
    gettimeofday(&endWriteTime, NULL);
    close(fd);
    double wirteTimeElapse = (double)(endWriteTime.tv_sec - startWriteTime.tv_sec) * 1000.0 + (double)(endWriteTime.tv_usec - startWriteTime.tv_usec) / 1000.0;
    double Vol_Write = sizeWrited * 1.0f * 1000/ wirteTimeElapse / MB;
    printf(" %lfMB/sn", Vol_Write);

    fd = open(filename, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("Unable to open file");
        return -1;
    }

    struct timeval readStime, readEtime;
    gettimeofday(&readStime, NULL);
    size_t sizeRead = read(fd, (void*)buffer, bufSize);
    gettimeofday(&readEtime, NULL);
    printf("Read:%ld bytes from %s, read content:%sn", sizeWrited, filename, buffer);
    double ReadTime = (double)(readEtime.tv_sec - readStime.tv_sec) * 1000.0 + (double)(readEtime.tv_usec - readStime.tv_usec) / 1000.0;
    double Vol_read = sizeRead * 1.0f * 1000/ ReadTime / MB;
    printf("%lfMB/sn", Vol_read);
    return 0;
}

（并发）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include "ComputeTask.h"
#include "IOTask.h"

typedef enum OP{

	COMPUTE_TASK=1,
	IO_TASK
}OP_t;

typedef struct task{
	struct task *next;
	OP_t taskType;
}task_t;

int main(int argc, char *argv[])
{
	double computeTaskTimeElapse=0.0;
	double IOTaskTimeElapse=0.0;
	double totalTimeElapse=0.0;

	struct timeval computeTaskStartTime, computeTaskEndTime,IOTaskStartTime, IOTaskEndTime;
	
	pid_t fpid;
	task_t computeTask, ioTask;
	task_t* curTask = &ioTask;

	computeTask.taskType = COMPUTE_TASK;
	ioTask.next=&computeTask;
	ioTask.taskType=IO_TASK;
	computeTask.next=NULL;

	int parentProcess = 1;
	int childProcessNum = 0;

	while(NULL!=curTask)
	{
		if(curTask->taskType==IO_TASK)
			gettimeofday(&IOTaskStartTime,NULL);
		else
			gettimeofday(&computeTaskStartTime,NULL);
		fpid=fork();
		if(0==fpid)
		{
			parentProcess=0;
			break;
		}
		else if(-1==fpid)
		{
			printf("Generate child Process error!n");
			exit(0);
		}

		wait(NULL);
		
		if(COMPUTE_TASK==curTask->taskType)
			gettimeofday(&computeTaskEndTime,NULL);
		else
			gettimeofday(&IOTaskEndTime,NULL);
		printf("Generate child process with pid:%dn",fpid);

		++childProcessNum;
		curTask=curTask->next;

	}

	if(parentProcess==0)
	{
		if(curTask->taskType==IO_TASK)
		{
			executeIOTask();
			printf("This is a IO task, pid:%d parent pid:%dn",getpid(),getppid());//Print process ID and parent process ID
		}
		if(curTask->taskType==COMPUTE_TASK)
		{
			executeComputeTask();
			printf("This is a compute task, pid:%d parent pid:%dn",getpid(),getppid());//Print process ID and parent process ID
		}
	}
	else
	{
		//Parent Process, we calculate the time for executing computing task and the time fo executing IO task
		computeTaskTimeElapse = (double)(computeTaskEndTime.tv_sec - computeTaskStartTime.tv_sec)*1000.0+(double)(computeTaskEndTime.tv_usec - computeTaskStartTime.tv_usec)/1000.0;
		IOTaskTimeElapse = (double)(IOTaskEndTime.tv_sec - IOTaskStartTime.tv_sec)*1000.0+(double)(IOTaskEndTime.tv_usec - IOTaskStartTime.tv_usec)/1000.0;
		totalTimeElapse = (double)(computeTaskEndTime.tv_sec-IOTaskStartTime.tv_sec)*1000.0+(double)(computeTaskEndTime.tv_usec-IOTaskStartTime.tv_usec)/1000.0;
		printf("Compute Task Time Consume:%fms, IO Task Time Consume: %fms, Total Time Consume:%fms n", computeTaskTimeElapse,IOTaskTimeElapse,totalTimeElapse);
	}


}