Linux之缓冲区的理解

Linux之缓冲区的理解,第1张

目录

一、问题引入

二、缓冲区

1、什么是缓冲区

2、刷新策略

3、缓冲区由谁提供

4、重看问题

三、缓冲区的简单实现


一、问题引入

我们先来看看下面的代码:我们使用了C语言接口和系统调用接口来进行文件 *** 作。在代码的最后,我们还使用fork函数创建了一个子进程。

Linux之缓冲区的理解,第2张

 代码运行结果如下:

Linux之缓冲区的理解,第3张

结果没有什么问题啊?结果很正确。但是我们再来看看下面的 *** 作:我们对其进行输出重定向。然后,查看log.txt的代码。

Linux之缓冲区的理解,第4张

我们惊奇地发现,文件里面的内容和打印到显示器的内容是不一样的!我们再仔细观察,发现,C语言的函数都打印了两次,而系统调用接口只打印了一次。为什么呢? 

这种现象就和fork函数以及我们下面要讲的缓冲区有关了。

二、缓冲区

1、什么是缓冲区

缓冲区的本质就是一段内存空间。

我们知道,内存的速度比磁盘的速度快了几个数量级。所以数据如果直接从内存写到磁盘,那么访问外设效率比较低,那就太消耗时间了。所以缓冲区的意义就是通过减少与外设的IO次数,来节省进程进行数据IO的时间。

所以C语言中就提供了缓冲区。而有了缓冲区的存在,可以提高整机效率,并提高用户的响应速度。

2、刷新策略

~ 立即刷新。
~ 行刷新(行缓冲)。(常见的对显示器进行数据刷新)以\n为标志
~ 满刷新(全缓冲)。(常见的对磁盘文件写入数据)

特殊情况:1、用户强制刷新(fflush)          2、进程退出

注:所有的设备,永远都倾向于全缓冲,即缓冲区满了才刷新,因为这样只需要更少的IO *** 作,更少次的外设访问,效率更高。

当然,我们要根据实际情况去改变刷新策略。如:显示器是直接给用户看的,一方面要照顾效率,一方面要照顾用户体验。所以显示器一般使用行刷新。

3、缓冲区由谁提供

从上面的例子,我们发现直接往显示器上打印的结果为4条,往文件打印的结果为7条,这跟缓冲区有关,同时这也说明了缓冲区一定不在Linux内核中,为什么?因为write是系统接口,如果在内核中,write也应该打印两次。所以缓冲区是由C标准库提供的。

我们之前所说的所有缓冲区都指的是用户级语言层面提供的缓冲区。stdout,stdin,stderr对应的类型——FILE*,FILE是一个结构体,里面封装了fd,同时还包括了一个缓冲区。

从源码出发,我们可以来看一看FILE结构体:

Linux之缓冲区的理解,第5张

4、重看问题

有了缓冲区的概念,我们就来解释解释问题引入中的现象。

首先,我们要先知道,代码运行完了,并不代表数据已经刷新了。上面代码中,使用C语言函数的 *** 作在执行完了后,先将数据写入了缓冲区中,并没有直接向显示器上打印。

第一次运行,没有重定向 *** 作,就是直接向显示器打印,而显示器的刷新策略是行刷新,且每个代码后面都有\n,所以在调用fork之前,代码不仅执行完了,而且数据都已经刷新了。所以fork对结果没有影响。

第二次运行,我们有了重定向 *** 作,于是函数就由向显示器打印变成了向磁盘文件打印。所以刷新策略也由行刷新变成了满刷新。那么\n就已经没有意义了。所以代码在运行到fork时,之前的代码虽然已经运行完成了,但是数据还没有刷新到文件中。数据还在当前进程对应的C标准库中的缓冲区中,且该数据属于父进程。

于是最后,我们fork创建了子进程。接着,父进程或子进程退出,这时数据会强制刷新出来。我们假设父进程先退出:父进程退出后,其数据强制刷新,而刷新的过程也是一种写入,所以这时,为了父子进程的数据不会相互影响,就会发生写时拷贝!这样数据就会有两份,于是父子进程各自退出时都会刷新各自的数据。(当然,如果子进程先退出也是同样的)

所以,简单总结来说:重定向导致刷新策略发生了改变(由行缓冲变成了全缓冲)。同时发生了写时拷贝,父子进程各自刷新。

三、缓冲区的简单实现

有了缓冲区的一些基本概念。我们可以自己实现一个简单的带有缓冲区的struct file。

主函数:

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;//当前缓冲区的结尾 };typedef struct MyFILE_ MyFILE;

 fopen函数的简单实现

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函数的简单实现

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函数简单实现和fflush函数

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; } }

欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出

原文地址: https://outofmemory.cn/yw/13518505.html

(0)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫 支付宝扫一扫 支付宝扫一扫
上一篇 2024-01-27

发表评论

登录后才能评论

评论列表(0条)

保存