[Linux]缓冲区的理解

news/2024/11/27 10:56:00/文章来源:https://www.cnblogs.com/wzhiheng/p/18571883

缓冲区的理解

先来看这段代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{//C接口printf("hello printf\n");fprintf(stdout, "hello fprintf\n");fputs("hello fputs\n", stdout);//系统接口const char* msg = "hello write\n";write(1, msg, strlen(msg));fork();//子进程什么都不做，只是创建出来然后关闭return 0;
}

同一个程序，为什么直接运行，和将运行结果重定向到文件中然后再输出的结果为什么不一样呢？让我们再把fork()这行注释后再看看。

此时，运行结果又相同了。这又是为什么呢？

缓冲区

我们所谈论的都是用户级缓冲区。

什么是缓冲区

缓冲区本质就是一段内存，为了节省进程进行数据IO的时间。比如，CPU 和硬盘之间，硬盘的数据读取速度远远慢于 CPU 的处理速度。当从硬盘读取数据时，数据会先被读入缓冲区，然后 CPU 再从缓冲区获取数据进行处理，这样就可以避免 CPU 因为等待硬盘缓慢的数据读取而浪费时间。
缓冲区的刷新策略

如果有一块数据，那么它是一次写入到外设中效率高，还是少量多次的写入到外设效率高呢？答案肯定是第一种情况。虽然这种效率最高，但是缓冲区会结合具体的设备，定制自己的刷新策略：
- 立即刷新，也就是无缓冲。
- 行刷新，对应行缓存，通常也是显示器的刷新策略。
- 缓冲区满，对应全缓冲，通常也是磁盘文件的刷新刷新策略。
还有两种特殊的刷新策略：
- 用户强制刷新，比如使用fflush()函数。
- 进程退出，一般都要进行缓冲区刷新。

现在我们再来解决上面的问题。我们发现只要是库函数都输出了两次，而系统调用只输出了一次，将fork()函数注释后就符合我们的预期了，那么这肯定和fork()有关。

一般C库函数写入文件时是全缓冲的，而写入显示器是行缓冲。如果没有进行重定向，stdout默认使用的是行刷新，进程在fork之前，三条C函数已经将数据进行打印输出到显示器上，此时缓冲区内部已经没有数据了。
printf，fwrite等库函数会自带缓冲区，当发生重定向到普通文件时，数据的缓冲方式由行缓冲变成了全缓冲。此时数据不会立即刷新。
执行fork的时候，stdout属于父进程，创建子进程，由于子进程是以父进程为模板创建出来的。当子进程退出时，会修改缓冲区的数据发生写时拷贝。因此数据会有两份。
write没有变化，说明write没有所谓的缓冲。

综上，printf，fwrite等库函数会自带缓冲区，而write系统调用没有带缓冲区。库函数在系统调用的”上层“，但是write没有缓冲区，而printf，fwrite等有，这足以说明这个缓冲区是由C标准库提供的。