使用pipe、select实现线程间通信和性能测试

news2024/7/6 18:43:29

一 代码实现

理论依据：

管道中无数据时，读阻塞。

写数据时，长度小于PIPE_BUF时，写数据是原子操作，这样不会出现写一半的情况。在我的虚拟机上PIPE_BUF的值是4096，在标准中linux系统中该值都是4096.

 测试代码：编写源码如下所示：

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

#define DEBUG_INFO(format, ...) printf("%s - %d - %s :: "format"\n",__FILE__,__LINE__,__func__ ,##__VA_ARGS__)

struct mq_data{
    int len;
    int cmd;
    int seq;    
    char data[128];
};

//写线程
void *pthread_write(void *arg){
    int fd = (int)arg;
    struct mq_data data;
    memset(&data, 0, sizeof(data));
    data.len = sizeof("456");
    memcpy(data.data,"456",sizeof("456"));
    write(fd,&data,sizeof(data));
    return NULL;
}
//读线程
void *pthread_read(void *arg){
    int fd = (int)arg;
    struct mq_data data;
    memset(&data, 0, sizeof(data));
    int len = read(fd,&data,sizeof(data));
    DEBUG_INFO("read %d,data = %s",len,data.data);
    exit(0);
    return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int res = 0;
    int fds[2];
    res = pipe(fds);
    if(res < 0){
        perror("pipe");
        return -1;
    }
    pthread_t p1,p2;
    res = pthread_create(&p1,NULL,pthread_write,(void*)fds[1]);
    if(res == -1){
        perror("pthread_create");
        return -1;
    }
    pthread_detach(p1);
    res = pthread_create(&p2,NULL,pthread_read,(void*)fds[0]);
    if(res == -1){
        perror("pthread_create");
        return -1;

    }
    pthread_detach(p2);

    while(1){
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

CMakeLists

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(myapp)
SET(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -std=c99 -pthread")
add_executable(pipe_thread_com pipe_thread_com.c)

 编译脚本

rm -rf _build_
mkdir _build_ -p
cmake -S ./ -B _build_
make -C _build_
./_build_/pipe_thread_com

测试结果：

二 time命令

time命令最常用的使用方式就是在其后面直接跟上命令和参数：

1

time [options]command [arguments...]

在命令执行完成之后就会打印出CPU的使用情况：

real 0m5.064s <== 实际使用时间（real time）

user 0m0.020s <== 用户态使用时间（the process spent in user mode）

sys 0m0.040s <== 内核态使用时间（the process spent in kernel mode）

time命令跟上-p参数可以只打印时间数值（秒数），不打印单位。

实例，这是测试sleep 1命令执行花费的时间，这不是废话吗，肯定是一秒啊？结果如下所示，结果是1.002秒。2毫秒有必要计较吗？当然有必要。

$ time sleep 1

real    0m1.002s
user    0m0.001s
sys     0m0.000s

 这个测试至少还说明了，sleep命令完全是在用户态实现的。

三 性能测试 

测试一 测试上面代码的花费时间，总计1毫秒，系统调用时间为0.应该是太短忽略不计了吧。

$ time ./pipe_thread_com 
/big/work/ipc/pipe_thread_com.c - 33 - pthread_read :: read 140,data = 456

real    0m0.001s
user    0m0.001s
sys     0m0.000s

修改代码，写1000次，在读线程中读1000次，然后使用time观察时间。发现时间和一次一样。

嗯，修改测试次数为10万次。

下面是优化后的代码：

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

#define DEBUG_INFO(format, ...) printf("%s - %d - %s :: "format"\n",__FILE__,__LINE__,__func__ ,##__VA_ARGS__)

#define TEST_MAX_COUNT 100000
struct mq_data{
    int len;
    int cmd;
    int seq;    
    char data[128];
};

//写线程
void *pthread_write(void *arg){
    int fd = (int)arg;
    int res = 0;
    struct mq_data data;
    memset(&data, 0, sizeof(data));
    data.len = sizeof("456");
    memcpy(data.data,"456",sizeof("456"));
    for(int i=0; i<TEST_MAX_COUNT;i++){
       res = write(fd,&data,sizeof(data));
       if(res < 0){
        DEBUG_INFO("write:");
        break;
       }
    }
    close(fd);
    return NULL;
}
//读线程
void *pthread_read(void *arg){
    int fd = (int)arg;
    int res = 0;
    struct mq_data data;
    memset(&data, 0, sizeof(data));
    int count = 0;
    do{
        res = read(fd,&data,sizeof(data));
        if(res == 0){
            DEBUG_INFO("pipe close");
            break;
        }
        if(res < 0){
            perror("read");
            break;
        }
        if(res != sizeof(data)){
            DEBUG_INFO("length error");
            exit(1);
        }
        count++;
    }while(1);
    close(fd);
    if(count != TEST_MAX_COUNT){
        DEBUG_INFO("recv count error");
    }
    DEBUG_INFO("count = %d",count);
    exit(0);
    return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int res = 0;
    int fds[2];
    res = pipe(fds);
    if(res < 0){
        perror("pipe");
        return -1;
    }
    pthread_t p1,p2;
    res = pthread_create(&p1,NULL,pthread_write,(void*)fds[1]);
    if(res == -1){
        perror("pthread_create");
        return -1;
    }
    pthread_detach(p1);
    res = pthread_create(&p2,NULL,pthread_read,(void*)fds[0]);
    if(res == -1){
        perror("pthread_create");
        return -1;

    }
    pthread_detach(p2);

    while(1){
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

测试结果：

使用select操作读管道：

在此需要将管道读端设置为非阻塞模式

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define DEBUG_INFO(format, ...) printf("%s - %d - %s :: "format"\n",__FILE__,__LINE__,__func__ ,##__VA_ARGS__)

#define TEST_MAX_COUNT 100000
struct mq_data{
    int len;
    int cmd;
    int seq;    
    char data[128];
};

//写线程
void *pthread_write(void *arg){
    int fd = (int)arg;
    int res = 0;
    struct mq_data data;
    memset(&data, 0, sizeof(data));
    data.len = sizeof("456");
    memcpy(data.data,"456",sizeof("456"));
    for(int i=0; i<TEST_MAX_COUNT;i++){
       res = write(fd,&data,sizeof(data));
       if(res < 0){
        DEBUG_INFO("write:");
        break;
       }
    }
    close(fd);
    return NULL;
}
//读线程
void *pthread_read(void *arg){
    int fd = (int)arg;
    int res = 0;
    struct mq_data data;
    memset(&data, 0, sizeof(data));
    int count = 0;
    fd_set rset;
    FD_ZERO(&rset);
    FD_SET(fd,&rset);
    int flag = fcntl(fd,F_GETFL);
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(fd,F_SETFL,flag);
    while(1){
        res = select(fd + 1,&rset,NULL,NULL,NULL);
        if(res == -1){
            perror("selct");
            exit(-1);
        }
        if(FD_ISSET(fd,&rset)){
            int read_res = read(fd,&data,sizeof(data));
            if(read_res == 0){
                DEBUG_INFO("pipe close");
                break;
            }
            if(read_res < 0){
                perror("read");
                break;
            }
            if(read_res != sizeof(data)){
                DEBUG_INFO("length error");
                exit(1);
            }
            //DEBUG_INFO("%s",data.data);
            count++;
        }
    }
    close(fd);
    if(count != TEST_MAX_COUNT){
        DEBUG_INFO("recv count error");
    }
    DEBUG_INFO("count = %d",count);
    exit(0);
    return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int res = 0;
    int fds[2];
    res = pipe(fds);
    if(res < 0){
        perror("pipe");
        return -1;
    }
    pthread_t p1,p2;
    res = pthread_create(&p1,NULL,pthread_write,(void*)fds[1]);
    if(res == -1){
        perror("pthread_create");
        return -1;
    }
    pthread_detach(p1);
    res = pthread_create(&p2,NULL,pthread_read,(void*)fds[0]);
    if(res == -1){
        perror("pthread_create");
        return -1;

    }
    pthread_detach(p2);

    while(1){
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

执行结果：

使用select同时操作读写管道 

这个还可以验证写入长度是否是原子操作。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#define DEBUG_INFO(format, ...) printf("%s - %d - %s :: "format"\n",__FILE__,__LINE__,__func__ ,##__VA_ARGS__)

#define TEST_MAX_COUNT 100000
struct mq_data{
    int len;
    int cmd;
    int seq;    
    char data[128];
};

//写线程
void *pthread_write(void *arg){
    int fd = (int)arg;
    int res = 0;
    struct mq_data data;
    memset(&data, 0, sizeof(data));
    data.len = sizeof("456");
    memcpy(data.data,"456",sizeof("456"));
    int flag = fcntl(fd,F_GETFL);
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(fd,F_SETFL,flag);
    fd_set wset;
    FD_ZERO(&wset);
    FD_SET(fd,&wset);
    int count = 0;
    for(int i=0; i<TEST_MAX_COUNT;i++){
        res = select(fd + 1,NULL,&wset,NULL,NULL);
        if(res == -1){
            perror("selct");
            exit(-1);
        }
        if(FD_ISSET(fd,&wset)){
            int write_res = write(fd,&data,sizeof(data));
            if(write_res < 0){
                DEBUG_INFO("write:");
                break;
            }
        }
    }
    close(fd);
    return NULL;
}
//读线程
void *pthread_read(void *arg){
    int fd = (int)arg;
    int res = 0;
    struct mq_data data;
    memset(&data, 0, sizeof(data));
    int count = 0;
    fd_set rset;
    FD_ZERO(&rset);
    FD_SET(fd,&rset);
    int flag = fcntl(fd,F_GETFL);
    flag |= O_NONBLOCK;
    fcntl(fd,F_SETFL,flag);
    while(1){
        res = select(fd + 1,&rset,NULL,NULL,NULL);
        if(res == -1){
            perror("selct");
            exit(-1);
        }
        if(FD_ISSET(fd,&rset)){
            int read_res = read(fd,&data,sizeof(data));
            if(read_res == 0){
                DEBUG_INFO("pipe close");
                break;
            }
            if(read_res < 0){
                perror("read");
                break;
            }
            if(read_res != sizeof(data)){
                DEBUG_INFO("length error");
                exit(1);
            }
            // DEBUG_INFO("%s",data.data);
            count++;
        }
    }
    close(fd);
    if(count != TEST_MAX_COUNT){
        DEBUG_INFO("recv count error");
    }
    DEBUG_INFO("count = %d",count);
    exit(0);
    return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int res = 0;
    int fds[2];
    res = pipe(fds);
    if(res < 0){
        perror("pipe");
        return -1;
    }
    pthread_t p1,p2;
    res = pthread_create(&p1,NULL,pthread_write,(void*)fds[1]);
    if(res == -1){
        perror("pthread_create");
        return -1;
    }
    pthread_detach(p1);
    res = pthread_create(&p2,NULL,pthread_read,(void*)fds[0]);
    if(res == -1){
        perror("pthread_create");
        return -1;

    }
    pthread_detach(p2);

    while(1){
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

执行结果：

 第一次对比

 虽然有点牵强，也算是一种严谨性的体现吧。

小结

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Python自动化脚本编写——让工作更高效 在当今的工作中&#xff0c;自动化脚本已经成为了一个不可或缺的工具。而Python作为一门脚本语言&#xff0c;它的开源、易用以及强大的库使得它成为了很多人使用自动化脚本的首选语言。 在本文中&#xff0c;我们将会探讨如何使用Pyth…
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