秒懂Linux之缓冲区

2024-08-22 06:12
文章标签 linux 缓冲区

本文主要是介绍秒懂Linux之缓冲区，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

fe594ea5bf754ddbb223a54d8fb1e7bc.gif

目录

一.何为缓冲区

二. 缓冲区在哪

三. 模拟编码

一.何为缓冲区

缓冲区说白了就是一块内存区域，目的是为了提高使用者的效率以及减少C语言接口的使用频率~

下面我们用一则小故事来类比出缓冲区的功能~

张三为了给朋友李四庆祝生日快乐准备了份生日礼物~张三难道会横跨如此远的距离专门跑到新疆亲手给李四礼物吗？——这是不可能的~

这时候张三只需要下楼到顺丰站寄礼物就完事了，剩下只需要让顺丰帮张三把礼物送到位于新疆的顺丰区，然后张三再去取快递就可以了~

顺丰站就相当于我们的缓冲区，帮助我们存储数据再传递数据~而缓冲区呢有一个特点，它可以聚集数据一次性拷贝过去，提高整体的效率~

就像我们的生日礼物顺丰不可能单独一件一件发出去，肯定要等到一定量再一起发过去，这样效率才更高~

回到我们之前学习文件的时候，在描述文件的结构体中我们指出了里面包含了缓冲区

我们正常理解可能是这样的~C接口获取到内容数据后就会去调用系统调用接口，然后系统调用就会根据fb找到对应的文件结构体进而把数据写入到内核中的缓冲区~最后再由OS管理决定什么时候才刷新~

但这么频繁使用系统调用接口是有成本的，每获取一次数据都被进行一次C接口调用，系统接口调用会很麻烦~

这时候C接口也出现了缓冲区，而C接口函数也不会再通过频繁调用系统接口来传递数据，反而是把内容数据传递到缓冲区中，等到缓冲区满足一定的规则后再聚集数据一次性拷贝到系统接口中去，提高整体的效率~ 

在这个应用层中的缓冲区本质上就是用空间来换取时间效率~即减少了C接口的使用频率（去调用系统接口），也提高了使用者的效率（聚集拷贝数据）~

二. 缓冲区在哪

缓冲区就在名为FILE的结构体中，里面不仅仅封装了fd，还有缓冲区，并且是每一个文件都会有专属的缓冲区~

接下来我们就来证明一下~

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{// 使用system callconst char *s1 = "hello write\n";write(1, s1, strlen(s1));// 使用C语言接口const char *s2 = "hello fprintf\n";fprintf(stdout, "%s", s2);const char *s3 = "hello fwrite\n";fwrite(s3, strlen(s3), 1, stdout);fork();return 0;
}

目前我们可以知道子进程肯定是不会去执行父进程代码的，因为fork在打印代码之后~

而由于父进程第一个是用系统调用接口，所以会直接走内核的缓冲区，OS会直接把该数据内容刷新出去写入磁盘中对应的文件~

而后面两个内容数据由于是C接口传递的应用层缓冲区，所以要遵守规则等待写满才可以刷新出去~

但是进程终究是要退出的，最后是通过进程退出来直接刷新出缓冲区~但恰恰是这里出了问题~

所以迷惑的点并不是少打印了一个write，而是多打印了后面两句语句~

三. 模拟编码

下面我们来模拟一下C标准库中的方法~

//filetest.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include "mystdio.h"const char* filename = "./log.txt";
int main()
{myFILE* fp = my_fopen(filename,"w");if(fp==NULL) return 1;const char* str = "hello\n";my_fwrite(fp,str,strlen(str));my_fclose(fp);return 0;
}

//mystdio.c
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include "mystdio.h"//用我们模拟的接口去调用系统调用~
myFILE *my_fopen(const char *pathname, const char *mode)
{//在调用系统接口open前我们需要先获取参数flagint flag = 0;if(strcmp(mode, "r") == 0){flag |= O_RDONLY;}else if(strcmp(mode, "w") == 0){flag |= (O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC);}else if(strcmp(mode, "a") == 0){flag |= (O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND);}else{return NULL;}int fd = 0;if(flag & O_WRONLY){umask(0);fd = open(pathname, flag, 0666);}else{fd = open(pathname, flag);}if(fd < 0) return NULL;//my_fopen会得到一个myFILE*的指针//所以我们在这里给该文件创建一个结构体myFILE *fp = (myFILE*)malloc(sizeof(myFILE));if(fp == NULL) return NULL;fp->fileno = fd;return fp;
}int my_fwrite(myFILE *fp, const char *s, int size)
{return write(fp->fileno,s,size);
}void my_fclose(myFILE *fp)
{close(fp->fileno);free(fp);
}

 

//mystdio.h
#pragma once#include <stdio.h>//#define SIZE 4096typedef struct _myFILE
{int fileno;
}myFILE;myFILE *my_fopen(const char *pathname, const char *mode);
int my_fwrite(myFILE *fp, const char *s, int size);
void my_fclose(myFILE *fp);

这样我们就完成最基本的模拟了~可是这样会频繁去调用我们的系统接口~有没有减少该成本的办法呢？

当我们写入数据到文件调用my_fwrite的时候先不要着急调用系统接口，而是把数据拷贝到我们的缓冲区中~然后再等到缓冲区积累一定数据再统一拷贝给系统接口就可以很好提高效率了~

//mystdio.c
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include "mystdio.h"//用我们模拟的接口去调用系统调用~
myFILE *my_fopen(const char *pathname, const char *mode)
{//在调用系统接口open前我们需要先获取参数flagint flag = 0;if(strcmp(mode, "r") == 0){flag |= O_RDONLY;}else if(strcmp(mode, "w") == 0){flag |= (O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC);}else if(strcmp(mode, "a") == 0){flag |= (O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND);}else{return NULL;}int fd = 0;if(flag & O_WRONLY){umask(0);fd = open(pathname, flag, 0666);}else{fd = open(pathname, flag);}if(fd < 0) return NULL;//my_fopen会得到一个myFILE*的指针//所以我们在这里给该文件创建一个结构体myFILE *fp = (myFILE*)malloc(sizeof(myFILE));if(fp == NULL) return NULL;fp->fileno = fd;fp->cap = SIZE;fp->pos = 0;//这里我们默认设置为行刷新fp->flush_mode = LINE_FLUSH;return fp;
}const char *toString(int flag)
{if(flag & NONE_FLUSH) return "None";else if(flag & LINE_FLUSH) return "Line";else if(flag & FULL_FLUSH) return "FULL";return "Unknow";
}//查看结构体基本属性
void DebugPrint(myFILE *fp)
{printf("outbufer: %s\n", fp->outbuffer);printf("fd: %d\n", fp->fileno);printf("pos: %d\n", fp->pos);printf("cap: %d\n", fp->cap);printf("flush_mode: %s\n", toString(fp->flush_mode));
}void my_fflush(myFILE*fp)
{if(fp->pos==0)return;//把缓冲区的内容交给系统接口write(fp->fileno,fp->outbuffer,fp->pos);fp->pos = 0;
}int my_fwrite(myFILE *fp, const char *s, int size)
{//写入缓冲区中memcpy(fp->outbuffer+fp->pos,s,size);fp->pos+=size;//判断是否需要刷新if((fp->flush_mode&LINE_FLUSH)&&fp->outbuffer[fp->pos-1]=='\n'){my_fflush(fp);}if((fp->flush_mode&FULL_FLUSH)&&fp->outbuffer[fp->pos-1]=='\n'){my_fflush(fp);}return size;
}void my_fclose(myFILE *fp)
{//进程关闭前自动刷新缓冲区my_fflush(fp);close(fp->fileno);free(fp);
}

 

//mystdio.h
#pragma once#include <stdio.h>#define SIZE 4096
#define NONE_FLUSH (1<<1)
#define LINE_FLUSH (1<<2)
#define FULL_FLUSH (1<<3)typedef struct _myFILE
{//定义输入缓冲区char inbuffer[SIZE];//定义输出缓冲区char outbuffer[SIZE];//当前缓冲区写入位置int pos;//缓冲区当前容量大小int cap;//缓冲区刷新模式int flush_mode;int fileno;
}myFILE;myFILE *my_fopen(const char *pathname, const char *mode);
int my_fwrite(myFILE *fp, const char *s, int size);
void my_fclose(myFILE *fp);
void my_fflush(myFILE *fp);
void DebugPrint(myFILE *fp);

//filetest.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include "mystdio.h"const char* filename = "./log.txt";int main()
{myFILE *fp = my_fopen(filename, "w");if(fp == NULL) return 1;int cnt = 5;char buffer[64];while(cnt){//每一次把字符串写入buffer中snprintf(buffer, sizeof(buffer), "helloworld,hellobit,%d  ", cnt--);//获取写入的数据my_fwrite(fp, buffer, strlen(buffer));//打印属性，查看每一次循环的情况DebugPrint(fp);sleep(2);}//创建子进程，看是否会有拷贝两次的问题fork();//强制刷新缓冲区my_fclose(fp);return 0;
}

最终我们发现在模式为行刷新但没有\n的情况下我们在进程离开后成功让缓冲区刷新，并且符合父子进程之间的写时拷贝，让刷新出来的内容重复了两次~

这篇关于秒懂Linux之缓冲区的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1095466。

相关文章

linux进程D状态的解决思路分享

linux进程D状态的解决思路分享

《linux进程D状态的解决思路分享》在Linux系统中,进程在内核模式下等待I/O完成时会进入不间断睡眠状态（D状态）,这种状态下,进程无法通过普通方式被杀死,本文通过实验模拟了这种状态,并分析了如... 目录1. 问题描述2. 问题分析3. 实验模拟3.1 使用losetup创建一个卷作为pv的磁盘3.
阅读更多...
Linux环境变量&&进程地址空间详解

Linux环境变量&&进程地址空间详解

《Linux环境变量&&进程地址空间详解》本文介绍了Linux环境变量、命令行参数、进程地址空间以及Linux内核进程调度队列的相关知识,环境变量是系统运行环境的参数,命令行参数用于传递给程序的参数,... 目录一、初步认识环境变量1.1常见的环境变量1.2环境变量的基本概念二、命令行参数2.1通过命令编程
阅读更多...
Linux之进程状态&&进程优先级详解

Linux之进程状态&&进程优先级详解

《Linux之进程状态&&进程优先级详解》文章介绍了操作系统中进程的状态,包括运行状态、阻塞状态和挂起状态,并详细解释了Linux下进程的具体状态及其管理,此外,文章还讨论了进程的优先级、查看和修改进... 目录一、操作系统的进程状态1.1运行状态1.2阻塞状态1.3挂起二、linux下具体的状态三、进程的
阅读更多...
Linux编译器--gcc/g++使用方式

Linux编译器--gcc/g++使用方式

《Linux编译器--gcc/g++使用方式》文章主要介绍了C/C++程序的编译过程,包括预编译、编译、汇编和链接四个阶段,并详细解释了每个阶段的作用和具体操作,同时,还介绍了调试和发布版本的概念... 目录一、预编译指令1.1预处理功能1.2指令1.3问题扩展二、编译（生成汇编）三、汇编（生成二进制机器语
阅读更多...
Rsnapshot怎么用? 基于Rsync的强大Linux备份工具使用指南

Rsnapshot怎么用? 基于Rsync的强大Linux备份工具使用指南

《Rsnapshot怎么用?基于Rsync的强大Linux备份工具使用指南》Rsnapshot不仅可以备份本地文件，还能通过SSH备份远程文件，接下来详细介绍如何安装、配置和使用Rsnaps... Rsnapshot 是一款开源的文件系统快照工具。它结合了 Rsync 和 SSH 的能力，可以帮助你在 li
阅读更多...
Linux部署jar包过程

Linux部署jar包过程

《Linux部署jar包过程》文章介绍了在Linux系统上部署Java（jar）包时需要注意的几个关键点,包括统一JDK版本、添加打包插件、修改数据库密码以及正确执行jar包的方法... 目录linux部署jar包1.统一jdk版本2.打包插件依赖3.修改密码4.执行jar包总结Linux部署jar包部署
阅读更多...
mysqld_multi在Linux服务器上运行多个MySQL实例

mysqld_multi在Linux服务器上运行多个MySQL实例

《mysqld_multi在Linux服务器上运行多个MySQL实例》在Linux系统上使用mysqld_multi来启动和管理多个MySQL实例是一种常见的做法,这种方式允许你在同一台机器上运行多个... 目录1. 安装mysql2. 配置文件示例配置文件3. 创建数据目录4. 启动和管理实例启动所有实例
阅读更多...
Linux内存泄露的原因排查和解决方案（内存管理方法）

Linux内存泄露的原因排查和解决方案（内存管理方法）

《Linux内存泄露的原因排查和解决方案（内存管理方法）》文章主要介绍了运维团队在Linux处理LB服务内存暴涨、内存报警问题的过程,从发现问题、排查原因到制定解决方案,并从中学习了Linux内存管理... 目录一、问题二、排查过程三、解决方案四、内存管理方法1）linux内存寻址2）Linux分页机制3）
阅读更多...
VScode连接远程Linux服务器环境配置图文教程

VScode连接远程Linux服务器环境配置图文教程

《VScode连接远程Linux服务器环境配置图文教程》：本文主要介绍如何安装和配置VSCode,包括安装步骤、环境配置（如汉化包、远程SSH连接）、语言包安装（如C/C++插件）等,文中给出了详... 目录一、安装vscode二、环境配置1.中文汉化包2.安装remote-ssh，用于远程连接2.1安装2
阅读更多...
Linux中shell解析脚本的通配符、元字符、转义符说明

Linux中shell解析脚本的通配符、元字符、转义符说明

《Linux中shell解析脚本的通配符、元字符、转义符说明》：本文主要介绍shell通配符、元字符、转义符以及shell解析脚本的过程,通配符用于路径扩展,元字符用于多命令分割,转义符用于将特殊... 目录一、linux shell通配符(wildcard)二、shell元字符（特殊字符 Meta）三、s
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2