linux系统编程-文件IO缓冲

linux系统编程-文件IO缓冲 1.什么是文件IO缓冲，为什么需要文件IO缓冲

• 什么是文件IO缓冲
  顾名思义，用来缓存数据。read()和 write()系统调用在 *** 作磁盘文件时不会直接发起磁盘访问，而是仅仅在用户空间缓冲区与内核缓冲区高速缓存之间复制数据。在后续某个时刻，内核会将其缓冲区中的数据写入磁盘（因此，可以说系统调用与磁盘 *** 作并不同步。）
• 为什么需要文件IO缓冲？
  A、更为快速，系统调用不需要等待磁盘 *** 作。
  B、更为高效，减少了内核必须执行的磁盘传输次数。

2. 指定stdio缓冲区形式、刷新缓冲区

• 如何指定stdio库缓冲区的形式？

int setvbuf(FILE *tream,char *buf, int mode, size_t size);

tream参数：表示一个文件流
buf 和 size 参数：则针对参数 stream 要使用的缓冲区，如果参数 buf 不为 NULL，那么其指向 size 大小的内存块以作为 stream 的缓冲区，若 buf 为 NULL，那么 stdio 库会为 stream 自动分配一个缓冲区。
mode参数：
_IonBF ：不对 I/O 进行缓冲。每个 stdio 库函数将立即调用 write()或者 read()，并且忽略 buf 和 size参数，也就是说文件流与内核缓冲区直接交换数据。
_IOLBF ：采用行缓冲 I/O。
_IOFBF ：采用全缓冲 I/O。单次读、写数据（通过 read()或 write()系统调用）的大小与缓冲区相同。

• 如何刷新缓冲区？

A、刷新stdio缓冲区中的数据到内核缓冲区、或内核缓冲区内容刷新到stdio缓冲区

int fflush(FILE *stream);

对于stdio的输出函数，例如fprintf(stdout,"…");调用fflush相当于将stdio缓冲区中的数据强制刷新到内核缓冲区中(write调用）。
对于stdio的输入函数，例如fgets(*str,n,stdin);调用fflush相当于将内核缓冲区的内容刷新到stdio缓冲区中，这将对其已缓冲的输入数据（read调用）。

B、刷新内核缓冲区内容到磁盘。

int fsync(int fd);  //与打开文件描述符 fd 相关的所有元数据都刷新到磁盘上
int sync(void); //更新所有内核缓冲区

3.open时O_SYNC同步到磁盘缓冲区（注意是磁盘非内核缓冲)

当open时启用O_SYNC标志，write()调用会自动将数据刷新到磁盘缓冲区中:

fd = open(pathname, O_WRonLY | O_SYNC);

4.裸IO

open时指定O_DIRECT标志可以绕过缓存，直接将用户空间的数据传递到磁盘设备：

fd = open(pathname, O_WEonLY | O_DIRECT);

裸IO的限制条件：

A、用于传递数据的缓冲区，其内存边界必须对齐为块大小的整数倍。
B、数据传输的开始点，亦即文件和设备的偏移量，必须是块大小的整数倍。
C、待传递数据的长度必须是块大小的整数倍。

5.IO模式内核建议

内核可以根据 posix_fadvise()调用所提供的信息来优化对缓冲区高速缓存的使
用，（对文件进行预读处理)，进而提高进程和整个系统的性能。

int posix_fadvise(int fd,off_t offset,off_t len,int advice);

参数offset 和 len 确定了建议所适用的文件区域
参数 advice 表示进程期望对文件采取的访问模式。具体为下列参数之一，列出部分：
POSIX_FADV_SEQUENTIAL
进程预计会从低偏移量到高偏移量顺序读取数据。在 Linux 中，该 *** 作将文件预读窗口大小置为默认值的两倍。
POSIX_FADV_RANDOM
进程预计以随机顺序访问数据。在 Linux 中，该选项会禁用文件预读。
POSIX_FADV_WILLNEED
进程预计会在不久的将来访问指定的文件区域。内核将由 offset 和 len 指定区域的文件数据预先填充到缓冲区高速缓存中

6.库函数和系统调用混合使用进行文件IO

fileno函数可以将一个流文件转换为一个文件描述符：

int fileno(FILE *stream);

fdopen函数可以将文件描述符转换为流文件

FILE *fdopen(int fd,const char *mode);

流文件用于库函数，文件描述符用于系统调用，他们之前可以互相转换。