【Linux】缓冲区与缓冲区的刷新策略
目录
1.缓冲区基础
1.1缓冲区的刷新策略
1.1.1三种刷新策略
1.1.2.两种强制刷新策略
2.用户级语言层缓冲区
2.1.默认在显示器输出
2.2.重定向到文件输出
2.3.write调用没有显示两份的原因
3.模拟实现文件缓冲区
3.1 myFileBuffer.h
3.2 myFileBuffer.c
4.系统内核缓冲区
最后
1.缓冲区基础
缓冲区本身就是一段内存，就是用来执行做缓存的一段内存空间。
内存对磁盘进行存储信息，称为外设IO，速度很慢
而缓冲区是，直接在内存中开辟一段空间，将数据拷贝在缓存区中，在缓存区的数据会定期刷新给磁盘，有效的节省了进程进行数据IO的时间。
1.1缓冲区的刷新策略
缓冲区会结合具体的设备执行自己的刷新策略。
1.1.1三种刷新策略
1.立即刷新 无缓冲
2.行刷新 行缓冲 显示器（显示器设备特殊符合人类的阅读习惯，按行缓存提升效率不至于太低
3.缓冲区刷新 全缓冲 磁盘文件 （效率最高，定期一次刷新出去
1.1.2.两种强制刷新策略
1.用户强制刷新 fflush()
2.进程退出 ，一般都要进行缓冲区刷新
2.用户级语言层缓冲区
这个缓冲区在C语言提供的FILE结构体中
测试代码：
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3 #include<string.h>
4
5 int main()
6 {
7 printf("hello printf\n");
8 fprintf(stdout,"hello fprintf\n");
9 const char* fputsString="hello fputs\n";
10 fputs(fputsString,stdout);
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12 //系统接口
13 const char* writeString="hello write\n";
14 write(1,writeString,strlen(writeString));
15
16 fork();
17
18 return 0;
19 }
20
在显示器上输出
重定向到文件输出
两种输出方式结果不同，其中重定向到文件输出的内容，比直接到显示器输出的内容c语言的接口多输出了一遍，是因为文件和显示器的缓冲区刷新策略不同。
在代码结束之前，先创建了子进程
2.1.默认在显示器输出
显示器的刷新策略是行缓冲刷新，在进程fork之前，三条c语言的内容已经被行刷新到显示器上。在fork后其FILE内部已经不存在对应的数据。
2.2.重定向到文件输出
文件的刷新策略是全缓冲，之前的显示函数虽然带了\n，但是不足以把文件的缓冲区写满，此时数据并没有刷新。
在执行fork时，创建子进程，紧接着就是进程退出，进程退出默认刷新缓冲区。此时发生写时拷贝，后面退出的进程会再刷新一份，所以最终数据显示了两份。
2.3.write调用没有显示两份的原因
write是系统调用接口，上面的过程都是采用的用户级语言层面给我们提供的缓冲区，write使用的不是FILE而是fd，更加底层。
3.模拟实现文件缓冲区
通过myFileBuffer.h和myFileBuffer.c两个文件，模拟实现语言级文件缓冲区FILE
3.1 myFileBuffer.h
1 #pragma once
2 #include<string.h>
3 #include<sys/types.h>
4 #include<sys/stat.h>
5 #include<fcntl.h>
6 #include<unistd.h>
7 #include<assert.h>
8 #include<errno.h>
9 #include<stdlib.h>
10
11 #define SIZE 1024
12
13 //刷新方式
14 #define SYNC_NOW 1
15 #define SYNC_LINE 2
16 #define SYNC_FULL 4
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18 typedef struct FILE_{
19 int flags;//刷新方式
20 int fileno;//文件描述符
21 int cap;//buffer总容量
22 int size;//buffer当前的使用量
23 char buffer[SIZE];
24 }_FILE;
25
26 _FILE* fopen_(const char*path_name,const char*mode);
27 void fwrite_(const void *ptr,int num,_FILE *fp);
28 void fclose_(_FILE* fp);
29 void fflush_(_FILE *fp);
3.2 myFileBuffer.c
1 #include"myFileBuffer.h"
2
3 _FILE* fopen_(const char*path_name,const char*mode){
4
5 int flags=0;
6 int defaultMode=0666;
7
8 //判断不同的打开方式设置flags 这里举例w a r
9 if(strcmp(mode,"r")==0)
10 {
11 flags=O_RDONLY;
12
13 }
14 else if(strcmp(mode,"w")==0)
15 {
16 flags=O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC;
17 }
18 else if(strcmp(mode,"a")==0)
19 {
20 flags=O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND;
21 }
22 else{
23
24 }
26 //根据不同的打开方式，打开文件
27 int fd=0;
28 if(flags&O_RDONLY)
29 {
30 fd=open(path_name,flags);
31 }
32 else{
33 fd=open(path_name,flags,defaultMode);
34 }
35
36 //printf("我的fd是 %d\n",fd);
37 //如果打开失败
38 if(fd<0)
39 {
40 const char* err=strerror(errno);
41 write(2,err,strlen(err));
42 return NULL;
43 }
44
45 //创建文件缓冲区并对其初始化
46 _FILE*fp=(_FILE*)malloc(sizeof (_FILE));
47 assert(fp);
48 fp->flags=SYNC_LINE;//默认设置成行刷新
49 fp->fileno=fd;
50 fp->cap=SIZE;
51 fp->size=0;
52 memset(fp->buffer,0,SIZE);//初始化文件缓冲区
53
54 return fp;
55 }
56
57 void fwrite_(const void *ptr,int num,_FILE *fp)
58 {
59 //写到文件缓冲区中
60 memcpy(fp->buffer+fp->size,ptr,num);//注意这里的起始地址
61 fp->size+=num;
62
63 // printf("fd->fileno是 %d\n",fp->fileno);
64
65 //判断是否刷新
66 if(fp->flags&SYNC_NOW)
67 {
68 //立即刷新
69 write(fp->fileno,fp->buffer,fp->size);
70 fp->size=0;
71 }
72 else if(fp->flags&SYNC_FULL)
73 {
74 //等到缓冲区写满再刷新
75 if(fp->size==fp->cap)
76 {
77 write(fp->fileno,fp->buffer,fp->size);
78 fp->size=0;
79 }
80 }
81 else if(fp->flags&SYNC_LINE)
82 {
83 if(fp->buffer[fp->size-1]=='\n')
84 {
85 // printf("这里是行缓冲\n");
86
87 write(fp->fileno,fp->buffer,fp->size);
88 fp->size=0;
89 //把_FILE缓冲区的内容拷贝到内核缓冲区中
90 }
91 }
92 else{
93
94 }
95
96 }
97 void fclose_(_FILE* fp)
98 {
99 //文件退出前会强制刷新
100 fflush_(fp);
101 close(fp->fileno);
102 }
103 void fflush_(_FILE *fp)
104 {
105 //强制刷新
106 if(fp->size>0)
107 {
108 write(fp->fileno,fp->buffer,fp->size);
109 fp->size=0;
110 }
111 }
4.系统内核缓冲区
os的刷新策略很复杂，是权衡自己整体的内存使用情况来进行相应的刷新，并不是上文所讲述的简单的刷新方法。这与用户无关。
整体过程就是：
把内容由用户代码拷贝到 C语言的缓冲区中，再由C语言缓冲区拷贝到内核缓冲区，再有内核缓冲区刷新到外设。
最后
加油
