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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

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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

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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);
 11 
 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。

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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
 17                      
 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 }

                                     

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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。

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最后

加油