🌈欢迎来到linux专栏~~基础io
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💦缓冲区 (buffer),它是内存空间的一部分。 也就是说,在内存空间中预留了一定的存储空间,这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据,这部分预留的空间就叫做缓冲区,显然缓冲区是具有一定大小的
高速设备与低速设备的不匹配(cpu运算是纳秒,内存是微秒,磁盘是毫秒甚至是秒相差1000倍),势必会让高速设备花时间等待低速设备,我们可以在这两者之间设立一个缓冲区
💥举个例子:(顺丰就是缓冲区)
总的来说:
⚡缓冲区刷新策略!(一般+特殊)
\n
fflush
)、进程退出(必须刷新)一般而言 ,行缓冲的设备文件 —— 显示器
全缓冲的设备文件 —— 磁盘文件
💦所以的设备,永远都倾向于全缓冲!(倾向于,但不绝对) —— 缓冲区满了,才刷新 —— 需要更少次的IO操作 —— 也就是更少次的外设访问(1次IO vs 10次IO)—— 也就可以提高效率
🌈其他刷新策略是结合具体情况做的妥协!
我们可能有疑问:1000个字节,刷一次是1000个字节,刷十次整体也是1000个字节,哪里效率高呢❓
好比:别人找你借钱,每一次都来找你唠嗑大半天,分开十次,沟通的时间花的很久,而转账的时间就几秒钟,一次沟通直接把钱全转过去了,才是效率最高的
同样的一个程序,向显示器打印输出4行文本,向普通文件(磁盘上)打印的时候,变成了7行,说明上面测试,并不影响系统接口
我们最后调用fork,上面的函数已经被执行完了,但不代表数据已经被刷新了
🔥曾经“我们所谈的缓冲区”,绝对不是由OS提供的,如果是OS同一提供,那么我们上面的代码,表现应该是一样的,而不是C的IO接口打印两次,所以是C标准库提供并且维护的用户级缓冲区
fputs
把不是直接把数据直接放进操作系统,而是加载进C标准库的缓冲区中,加载完后自己可以直接返回;如果直接调用的是write接口,则是直接写给OS,不经过缓冲区
\n
),所以fork执行无意义\n
便没有意义了 ——> 函数一定执行完了,数据还没有刷新!! 在当前进程对应的C标准库中的缓冲区中!!这缓冲区的部分数据是父进程的数据吗? 是的
fork
之后,父子分流,父进程的数据发生写时拷贝给子进程,所以C标准库会打印两次
总结:
- 重定向到文件导致:刷新策略改变(变成全缓冲)
- 写时拷贝:父子进程各自刷新一次
当我们用fflush
强制刷新的时候
#include #include #include int main(){ //C语言提供的 printf("hello printf\n"); fprintf(stdout, "hello fprintf\n"); const char *s = "hello fputs\n"; fputs(s, stdout); //OS提供的 const char *ss = "hello write\n"; write(1, ss, strlen(ss)); //fork之前,强制刷新 fflush(stdout); //最后调用fork的时候,上面的函数已经被执行完了 fork();//创建子进程 return 0;}
结果如下:
数据在fork之前,已经被fflush刷新了,缓冲区里没有数据了,也就不存在写时拷贝。
这里更夸张的是,fflush(stdout)
只告诉了stdout就能知道缓冲区在哪里?
FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
FILE *
,struct FILE结构体 — 内部封装了fd,还包含了该文件fd对应的语言层的缓冲区结构!(远在天边,近在眼前)我们可以看看FILE结构体:
//在/usr/include/libio.hstruct _IO_FILE { int _flags; #define _IO_file_flags _flags //缓冲区相关 char* _IO_read_ptr; char* _IO_read_end; char* _IO_read_base; char* _IO_write_base; char* _IO_write_ptr; char* _IO_write_end; char* _IO_buf_base; char* _IO_buf_end; char *_IO_save_base; char *_IO_backup_base; char *_IO_save_end; struct _IO_marker *_markers; struct _IO_FILE *_chain; int _fileno; //封装的文件描述符#if 0 int _blksize;#else int _flags2;#endif _IO_off_t _old_offset; #define __HAVE_COLUMN unsigned short _cur_column; signed char _vtable_offset; char _shortbuf[1]; _IO_lock_t *_lock;#ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE};
所以在C语言上,进行写入的时候放进缓冲区,定期刷新
C语言打开的FILE是文件流。C++中的cout 是类;里面必定包含了 fd、buffer(缓冲区)
struct file
的设计struct MyFILE_{ int fd; //文件描述符 char buffer[1024]; //缓冲区 int end; //当前缓冲区的结尾};
open文件 —— fputs输入 —— fclose关闭,接口函数都要我们逐一实现
int main(){MyFILE *fp = fopen_("./log.txt", "r");if(fp = NULL){ printf("open file error"); return 0;} fputs_("hello world error", fp); fclose_(fp);}
我们发现:C语言的接口一旦打开成功,全部都要带上FILE*
结构,原因很简单,因为什么数据都在这个FILE结构体中
FILE *fopen(const char *path, const char *mode);//以下全是要带FILE*int fputc(int c, FILE *stream);int fclose(FILE *fp);size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
💦fputs
//此处刷新策略还没定 全部放进缓冲区 void fputs_(const char *message, MyFILE *fp) { assert(message); assert(fp); strcpy(fp->buffer + fp->end, message);//abcde\0 fp->end += strlen(message); }
运行结果:
上面覆盖了\0
,strcpy会在结尾时候自动添加\0
若要往显示器上打印:变成行刷新
if(fp->fd == 0) { //标准输入 } else if(fp->fd == 1) { //标准输出 if(fp->buffer[fp->end-1] =='\n' ) { //fprintf(stderr, "fflush: %s", fp->buffer); //2 write(fp->fd, fp->buffer, fp->end); fp->end = 0; } } else if(fp->fd == 2) { //标准错误 } else { //其他文件 }}
测试用例:
fputs_("one:hello world error", fp);fputs_("two:hello world error\n", fp);fputs_("three:hello world error", fp);fputs_("four:hello world error\n", fp);
结果:当遇到\n,才刷新
💦fflush刷新
当end!=0 ,就刷新进内核
内核刷新进外设,这就要用一个函数syncfs
#include //将缓冲区缓存提交到磁盘int syncfs(int fd);
具体实现:
void fflush(MyFILE *fp) { assert(fp); if(fp->end != 0) { //暂且认为刷新了 ——其实是把数据写到 内核 write(fp->fd, fp->buffer, fp->end); syncfs(fp->fd); //将数据写入到磁盘 fp->end = 0; } }
💦fclose
关闭之前要先刷新
void fclose(MyFILE *fp) { assert(fp); fflush(fp);close(fp->fd); free(fp); }
#include #include #include #include #include #include #include #include #define NUM 1024struct MyFILE_{ int fd; //文件描述符 char buffer[1024]; // 缓冲区 int end; //当前缓冲区的结尾};typedef struct MyFILE_ MyFILE;//类型重命名MyFILE *fopen_(const char *pathname, const char *mode){ assert(pathname); assert(mode); MyFILE *fp = NULL;//什么也没做,最后返回NULL if(strcmp(mode, "r") == 0) { } else if(strcmp(mode, "r+") == 0) { } else if(strcmp(mode, "w") == 0) { int fd = open(pathname, O_WRONLY | O_TRUNC | O_CREAT, 0666); if(fd >= 0) { fp = (MyFILE*)malloc(sizeof(MyFILE)); memset(fp, 0, sizeof(MyFILE)); fp->fd = fd; } } else if(strcmp(mode, "w+") == 0) { } else if(strcmp(mode, "a") == 0) { } else if(strcmp(mode, "a+") == 0) { } else{ //什么都不做 } return fp;}//是不是应该是C标准库中的实现!void fputs_(const char *message, MyFILE *fp){ assert(message); assert(fp); strcpy(fp->buffer+fp->end, message); //abcde\0 fp->end += strlen(message); //for debug printf("%s\n", fp->buffer); //暂时没有刷新, 刷新策略是谁来执行的呢?用户通过执行C标准库中的代码逻辑,来完成刷新动作 //这里效率提高,体现在哪里呢??因为C提供了缓冲区,那么我们就通过策略,减少了IO的执行次数(不是数据量) if(fp->fd == 0) { //标准输入 } else if(fp->fd == 1) { //标准输出 if(fp->buffer[fp->end-1] =='\n' ) { //fprintf(stderr, "fflush: %s", fp->buffer); //2 write(fp->fd, fp->buffer, fp->end); fp->end = 0; } } else if(fp->fd == 2) { //标准错误 } else { //其他文件 }}void fflush_(MyFILE *fp){ assert(fp); if(fp->end != 0) { //暂且认为刷新了--其实是把数据写到了内核 write(fp->fd, fp->buffer, fp->end); syncfs(fp->fd); //将数据写入到磁盘 fp->end = 0; }}void fclose_(MyFILE *fp){ assert(fp); fflush_(fp); close(fp->fd); free(fp);}int main() { close(1); MyFILE *fp = fopen_("./log.txt", "w"); if(fp == NULL) { printf("open file error"); return 1; } fputs_("one:hello world error", fp); fputs_("two:hello world error", fp); fputs_("three:hello world error", fp); fputs_("four:hello world error", fp); fclose(fp); }
但行好事,莫问前程
来源地址:https://blog.csdn.net/qq_42996461/article/details/127859569
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本文标题: 【Linux】基础IO —— 缓冲区深度剖析
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