【Linux操作系统】文件缓冲区

用户级缓冲区

实际上我们的C语言库函数，例如 printf，fprintf，puts 等。会把数据先写入C语言缓冲区，也就是用户级缓冲区。而不是直接写入系统内核缓冲区，如何验证呢？ 我们先来看一份代码。

这份代码我们用的是C语言的fprintf 往 文件log.txt里写入hello。

#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
  close(1);
  FILE* f = fopen("./log.txt","w");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");

  return 0;
}

我们可以发现，会把hello输入进文件log.txt中 。

那么我们在输入之后把 f的文件描述符关掉呢？

#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
  close(1);
  FILE* f = fopen("./log.txt","w");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  close(f->_fileno);

  return 0;
}

我们就会惊奇的发现，log.txt 就不会被写入。

为什么会这样呢？主要是因为fprintf/printf/puts 等C语言库函数会先把内容放进C语言的缓冲区。或者说是用户层缓冲区，而用户级缓冲区的刷新策略是不一样的。

显示器刷新策略：行刷新，带/n 自动刷新

磁盘刷新策略： 缓冲区满了才刷新

而我们上面的代码是往磁盘文件写入，所以只有缓冲区满了，或者进程结束时自动刷新。而程序要在return之后在会结束，我们在return之前我们把该文件关闭了。那么最后刷新的时候进程就找不到对应的描述文件符。

当然，我们也可以在关闭之前手动fflush刷新一下。在关闭文件描述符之前刷新

#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
  close(1);
  FILE* f = fopen("./log.txt","w");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");

  fflush(f);
  close(f->_fileno);

  return 0;
}

我们依然可以把内容写进文件。

缓冲区的验证

以上是我们的C语言缓冲区的验证，那么write/read等系统调用函数会经过C语言缓冲区吗？我们可以验证一下

#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
  close(1);
  FILE* f = fopen("./log.txt","w");
  write(f->_fileno,"write\n",6); 
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");
  fprintf(f,"hello\n");

  close(f->_fileno);

  return 0;
}

然后我们会发现， write是可以正常写入，而fprintf的内容不能写入。

这说明了什么？这说明write不经过C语言缓冲区，而是直接写入系统内核缓冲区！因为write/read等函数是系统调用接口。 这也反向验证了 fprintf等一系列C语言库函数是先写入C语言缓冲区！然后根据刷新策略再刷新到系统缓冲区，再由系统缓冲区刷新到外设上。而C语言库函数的职能就是把字符串刷新到C语言缓冲区！！

缓冲区的继承

那么子进程会继承父进程的缓冲区吗？ 我们先看看下面这段代码。

#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
 //close(1);
  write(1,"write\n",6);
  fprintf(stdout,"hello\n");
  fprintf(stdout,"hello\n");
  fprintf(stdout,"hello\n");
  fprintf(stdout,"hello\n");

  fork();
  return 0;
}

然后我们运行发现每条语句都打印了一次

这没有问题，那么我们把它写入到文件呢？

#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
  close(1);
  int fd = open("./log.txt",O_CREAT | O_WRONLY,0664);
  write(fd,"write\n",6);
  fprintf(stdout,"hello\n");
  fprintf(stdout,"hello\n");
  fprintf(stdout,"hello\n");
  fprintf(stdout,"hello\n");

  fork();
  return 0;
}

然后我们运行看看结果。

我们可以惊奇的发现，C语言库函数的内容被打印了2次！ 而系统调用的内容只被打印了一次。

这说明了什么？这说明了子进程是可以继承父进程的缓冲区的。 为什么第一次打印到显示器每条语句只打印一次，而写进文件 C语言库函数写入却写入俩次？ 这是因为显示器和磁盘刷新策略不同！！！ 显示器是行刷新，而我们每个字符串后面加了个\n，所以刷新到C语言缓冲区后立马就被刷新到了系统缓冲区。但是磁盘的刷新策略是缓冲区满了才刷新，所以在创建子进程后。父进程的用户级缓冲区还没有被刷新，所以子进程就把这些内容继承下来了。而程序结束时会自动刷新缓冲区，所以父子进程的缓冲区都被刷新了，就出现了缓冲区内写入2次的结果。

这也更加验证了C库函数不是直接往系统缓冲区写入的，否则绝对不会出现写入俩次的情况！！