Linux系统调用一定比库函数效率高吗——预读入缓输出机制

Q:如果一个只读一个字节实现文件拷贝，使用系统函数（read、write）效率高，还是使用对应的标库函数(fgetc、fputc)效率高呢？

实际代码测试

采用系统函数read,write

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define N 1

int main(int argc, char* argv[])
{
	char buf[N];
	int fd_in = open(argv[1], O_RDONLY);
	int fd_out = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0775);
	
	if (fd_in == -1 || fd_out == -1)
	{
		perror("open error");
		exit(1);
	}

	int n;

	while ((n = read(fd_in, buf, N)) != 0)
	{
		if (n < 0)
		{
			perror("read error");
			exit(1);
		}
		write(fd_out, buf, n);
	}


	close(fd_in);
	close(fd_out);
}

采用库函数fgetc和fputc

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
	FILE* fp_in, * fp_out;
	int n;

	fp_in = fopen(argv[1], "r");
	fp_out = fopen(argv[2], "w");
	if (fp_in == NULL || fp_out == NULL)
	{
		perror("fopen error");
		exit(1);
	}

	while ((n = fgetc(fp_in)) != EOF)
	{
		fputc(n, fp_out);
	}

	fclose(fp_in);
	fclose(fp_out);
}

实际运行结果

第一次为系统函数，第二次为库函数结果，速度有很明显的差别

原因分析

采用库函数时，虽然我们给定的缓冲区只有1个字符的大小。但fputc和fgetc的库函数在调用时会自动创建大小为4K的缓冲区，只有当读满后，才会写入核心中的缓冲区，切换访问权级的次数较少。

而当我们仅采用系统调用的时候，没有了库函数提供的缓冲区，因此只能一个字符一个字符的向核心中的缓冲区内写入，每写入一次都要发生权级切换，性能开销极大。

因此可以通过适当加大缓冲区（4K），或者是直接采用库函数的方式来提高性能