目錄

一、問題引入

二、緩沖區(qū)

1、什么是緩沖區(qū)

2、刷新策略

3、緩沖區(qū)由誰提供

4、重看問題

三、緩沖區(qū)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

一、問題引入

我們先來看看下面的代碼：我們使用了C語言接口和系統(tǒng)調(diào)用接口來進(jìn)行文件操作。在代碼的最后，我們還使用fork函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)子進(jìn)程。

?代碼運(yùn)行結(jié)果如下：

結(jié)果沒有什么問題啊？結(jié)果很正確。但是我們?cè)賮砜纯聪旅娴牟僮鳎何覀儗?duì)其進(jìn)行輸出重定向。然后，查看log.txt的代碼。

我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，文件里面的內(nèi)容和打印到顯示器的內(nèi)容是不一樣的！我們?cè)僮屑?xì)觀察，發(fā)現(xiàn)，C語言的函數(shù)都打印了兩次，而系統(tǒng)調(diào)用接口只打印了一次。為什么呢？?

這種現(xiàn)象就和fork函數(shù)以及我們下面要講的緩沖區(qū)有關(guān)了。

二、緩沖區(qū)

1、什么是緩沖區(qū)

緩沖區(qū)的本質(zhì)就是一段內(nèi)存空間。

我們知道，內(nèi)存的速度比磁盤的速度快了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。所以數(shù)據(jù)如果直接從內(nèi)存寫到磁盤，那么訪問外設(shè)效率比較低，那就太消耗時(shí)間了。所以緩沖區(qū)的意義就是通過減少與外設(shè)的IO次數(shù)，來節(jié)省進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)IO的時(shí)間。

所以C語言中就提供了緩沖區(qū)。而有了緩沖區(qū)的存在，可以提高整機(jī)效率，并提高用戶的響應(yīng)速度。

2、刷新策略

~ 立即刷新。
~ 行刷新（行緩沖）。（常見的對(duì)顯示器進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新）以\n為標(biāo)志
~ 滿刷新（全緩沖）。（常見的對(duì)磁盤文件寫入數(shù)據(jù)）

特殊情況：1、用戶強(qiáng)制刷新（fflush）? ? ? ? ? 2、進(jìn)程退出

注：所有的設(shè)備，永遠(yuǎn)都傾向于全緩沖，即緩沖區(qū)滿了才刷新，因?yàn)檫@樣只需要更少的IO操作，更少次的外設(shè)訪問，效率更高。

當(dāng)然，我們要根據(jù)實(shí)際情況去改變刷新策略。如：顯示器是直接給用戶看的，一方面要照顧效率，一方面要照顧用戶體驗(yàn)。所以顯示器一般使用行刷新。

3、緩沖區(qū)由誰提供

從上面的例子，我們發(fā)現(xiàn)直接往顯示器上打印的結(jié)果為4條，往文件打印的結(jié)果為7條，這跟緩沖區(qū)有關(guān)，同時(shí)這也說明了緩沖區(qū)一定不在Linux內(nèi)核中，為什么？因?yàn)閣rite是系統(tǒng)接口，如果在內(nèi)核中，write也應(yīng)該打印兩次。所以緩沖區(qū)是由C標(biāo)準(zhǔn)庫提供的。

我們之前所說的所有緩沖區(qū)都指的是用戶級(jí)語言層面提供的緩沖區(qū)。stdout，stdin，stderr對(duì)應(yīng)的類型——FILE*，F(xiàn)ILE是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，里面封裝了fd，同時(shí)還包括了一個(gè)緩沖區(qū)。

從源碼出發(fā)，我們可以來看一看FILE結(jié)構(gòu)體：

4、重看問題

有了緩沖區(qū)的概念，我們就來解釋解釋問題引入中的現(xiàn)象。

首先，我們要先知道，代碼運(yùn)行完了，并不代表數(shù)據(jù)已經(jīng)刷新了。上面代碼中，使用C語言函數(shù)的操作在執(zhí)行完了后，先將數(shù)據(jù)寫入了緩沖區(qū)中，并沒有直接向顯示器上打印。

第一次運(yùn)行，沒有重定向操作，就是直接向顯示器打印，而顯示器的刷新策略是行刷新，且每個(gè)代碼后面都有\(zhòng)n，所以在調(diào)用fork之前，代碼不僅執(zhí)行完了，而且數(shù)據(jù)都已經(jīng)刷新了。所以fork對(duì)結(jié)果沒有影響。

第二次運(yùn)行，我們有了重定向操作，于是函數(shù)就由向顯示器打印變成了向磁盤文件打印。所以刷新策略也由行刷新變成了滿刷新。那么\n就已經(jīng)沒有意義了。所以代碼在運(yùn)行到fork時(shí)，之前的代碼雖然已經(jīng)運(yùn)行完成了，但是數(shù)據(jù)還沒有刷新到文件中。數(shù)據(jù)還在當(dāng)前進(jìn)程對(duì)應(yīng)的C標(biāo)準(zhǔn)庫中的緩沖區(qū)中，且該數(shù)據(jù)屬于父進(jìn)程。

于是最后，我們fork創(chuàng)建了子進(jìn)程。接著，父進(jìn)程或子進(jìn)程退出，這時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)強(qiáng)制刷新出來。我們假設(shè)父進(jìn)程先退出：父進(jìn)程退出后，其數(shù)據(jù)強(qiáng)制刷新，而刷新的過程也是一種寫入，所以這時(shí)，為了父子進(jìn)程的數(shù)據(jù)不會(huì)相互影響，就會(huì)發(fā)生寫時(shí)拷貝！這樣數(shù)據(jù)就會(huì)有兩份，于是父子進(jìn)程各自退出時(shí)都會(huì)刷新各自的數(shù)據(jù)。（當(dāng)然，如果子進(jìn)程先退出也是同樣的）

所以，簡(jiǎn)單總結(jié)來說：重定向?qū)е滤⑿虏呗园l(fā)生了改變（由行緩沖變成了全緩沖）。同時(shí)發(fā)生了寫時(shí)拷貝，父子進(jìn)程各自刷新。

三、緩沖區(qū)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

有了緩沖區(qū)的一些基本概念。我們可以自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的帶有緩沖區(qū)的struct file。

主函數(shù)：

int main
{
    MyFILE* fp = fopen_("log.txt", "r");
    if(fp==NULL)
    {
        printf("open file fail");
        return 0;
    }
    fputs_("hello world", fp);
    fclose_(fp);
    
    return 0;
}

struct file

struct MyFILE_
{
    int fd;
    char buff[NUM];
    int end;//當(dāng)前緩沖區(qū)的結(jié)尾
};

typedef struct MyFILE_ MyFILE;

?fopen函數(shù)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

MyFILE* fopen_(const char* pathname, const char* mode)
{
    assert(pathname);
    assert(mode);
    MyFILE* fp = NULL;

    if(strcmp(mode, "w")==0)
    {
        int fd = open(pathname, O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT);
        if(fd>0)
        {
            MyFILE* fp=(MyFILE*)malloc(sizeof(MyFILE));
            memset(fp,'\0',sizeof(MyFILE));
            fp->fd = fd;
        }
    }
    else if(strcmp(mode, "w+")==0)
    {}
    else if(strcmp(mode,"r")==0)
    {}
    else if(strcmp(mode,"r+")==0)
    {}
    else if(strcmp(mode,"a")==0)
    {}
    else if(strcmp(mode,"a+")==0)
    {}
    else 
    {}

    return fp;
}

fputs函數(shù)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

void fputs_(const char* message, MyFILE* fp)
{
    assert(message);
    assert(fp);

    strcpy(fp->buff+fp->end, message);
    fp->end += strlen(message);

    if(fp->fd==0)
    {}
    else if(fp->fd==1)
    {
        if(fp->buff[fp->end-1]== '\n')
        {
            write(fp->fd, fp->buff,fp->end);
            fp->end = 0;
        }
    }
    else if(fp->fd==2)
    {}
    else 
    {}
}

fclose函數(shù)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)和fflush函數(shù)文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-769680.html

void fclose_(MyFILE* fp)
{
    assert(fp);

    fflush_(fp);
    close(fp->fd);
    free(fp);
}

void fflush_(MyFILE* fp)
{
    assert(fp);
    
    if(fp->end != 0)
    {
        write(fp->fd, fp->buff, fp->end);
        syncfs(fp->fd);
        fp-> end = 0;
    }
}

到了這里，關(guān)于Linux之緩沖區(qū)的理解的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！