Linux笔记之使用系统调用sendfile高速拷贝文件

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Linux笔记之使用系统调用sendfile高速拷贝文件
- `sendfile` 性能优势
- `sendfile` 系统调用
- - 优点：
  - 缺点：
- `cp` 命令
- - 优点：
  - 缺点：
- 实际测试：拷贝5.8个G的文件，cp使用25s，sendfile只用7.49s，快了四倍

sendfile 系统调用是 Linux 特有的函数，用于在两个文件描述符之间直接传输数据。这可以减少用户态和内核态之间的数据拷贝，从而提高文件拷贝的性能。sendfile 通常比使用普通的 read 和 write 系统调用更快，尤其是在处理大文件时。

`sendfile` 性能优势

减少数据拷贝：sendfile 在内核内直接把数据从一个文件描述符传输到另一个文件描述符，而不需要将数据从内核态拷贝到用户态再拷贝回内核态。
减少系统调用的开销：对于大文件拷贝，sendfile 只需要一次系统调用，而传统方法可能需要多次 read 和 write 调用。
更少的上下文切换：由于减少了系统调用次数，sendfile 也减少了用户态和内核态之间的上下文切换。

`sendfile` 系统调用

sendfile 它主要用于网络传输，但也可以用于文件复制。sendfile 的设计目的是减少数据复制的次数，从而提高性能。

优点：

减少上下文切换： sendfile 可以直接在内核空间处理数据传输，避免了用户空间和内核空间之间的上下文切换。
高效： 它可以减少内存拷贝的次数，因为数据不需要从内核空间拷贝到用户空间再回到内核空间。
适合大文件传输： 对于大文件传输，sendfile 可以显著减少 CPU 占用和提高传输速度。

缺点：

灵活性较低： sendfile 主要用于文件描述符之间的传输，不如一些用户空间的工具灵活。
依赖于内核版本： sendfile 的性能和功能可能会受到内核版本的影响。

`cp` 命令

cp 是一个用户空间工具，用于复制文件和目录。它使用标准的文件 I/O 操作来实现文件复制。

优点：

易用性： cp 命令简单易用，支持各种选项，可以处理复杂的文件复制需求。
广泛支持： 几乎所有的 Unix/Linux 系统都支持 cp 命令，且不依赖于特定的内核版本。
灵活： cp 命令支持递归复制、保留文件属性等多种操作。

缺点：

性能较低： 由于 cp 命令在用户空间运行，涉及多次上下文切换和内存拷贝，性能可能不如 sendfile。
高 CPU 使用率： 对于大文件复制，cp 命令可能会占用较高的 CPU 资源。

实际测试：拷贝5.8个G的文件，cp使用25s，sendfile只用7.49s，快了四倍

在这里插入图片描述

代码

#include <sys/sendfile.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <sys/stat.h>

bool copyFileSendfile(const std::string& src, const std::string& dest) {
    int source = open(src.c_str(), O_RDONLY);
    int destination = open(dest.c_str(), O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);

    if (source < 0 || destination < 0) {
        std::cerr << "Error opening files!" << std::endl;
        return false;
    }

    struct stat stat_buf;
    fstat(source, &stat_buf);
    off_t offset = 0;

    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    if (sendfile(destination, source, &offset, stat_buf.st_size) == -1) {
        std::cerr << "Error using sendfile!" << std::endl;
        close(source);
        close(destination);
        return false;
    }
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    close(source);
    close(destination);

    std::chrono::duration<double> duration = end - start;
    std::cout << "Sendfile copy took " << duration.count() << " seconds" << std::endl;

    return true;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (argc != 3) {
        std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " <source_file> <destination_file>" << std::endl;
        return 1;
    }

    std::string sourceFile = argv[1];
    std::string destinationFile = argv[2];

    if (copyFileSendfile(sourceFile, destinationFile)) {
        std::cout << "File copied successfully!" << std::endl;
    } else {
        std::cerr << "File copy failed!" << std::endl;
        return 1;
    }

    return 0;
}