【Linux】解析 [用户/文件(内核)缓冲区 ]，总结画图演示【系统调用与库函数的根本区别】

一.C语言缓冲区的机制与策略（无缓冲，行缓冲，全缓冲）

1.缓冲区机制：

1. 无缓冲（立即刷新)
2. 行缓冲 (行刷新)
3. 全缓冲 (缓冲区满了，再刷新)

例子：

1. 一般对于显示器文件，进行行缓冲（行刷新）
2. 对于磁盘上的文件，进行全缓冲 (缓冲区满了，再刷新)

2.缓冲区策略：

1. 一般策略：强制刷新
2. 特殊情况： 进程退出 的时候，一般要进行刷新缓冲区，即上述强制刷新

二.重新理解【用户/文件(内核)缓冲区 】【刷新】【数据的读写本质】

1.用户缓冲区方面：

• 刷新： 把数据从C语言缓冲区写入操作系统
• 我们日常中使用最多的，就是C/C++提供的语言级别的缓冲区
• 而像一些系统调用，例如write（）就没有使用C语言的缓冲区

2.文件缓冲区方面：

• 而文件缓冲区，属于操作系统层面，存在于FILE结构体中；
• 无论读写都要把数据加载到文件缓冲区中

3.内核缓冲区方面

• 文件系统的缓冲区属于内核缓冲区的一种
• 我们在应用层进行数据的读写本质， 是将内核缓冲区中的数据进行来回的拷贝

三.总结画图演示【系统调用与库函数区别】：

1. 系统调用直接到文件缓冲区一步到位
2. 库函数还要经过用户缓冲区

四.样例模型演示

1.现象演示——引出原理

• 我们打印一段代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
   const char *msg0="hello printf\n";
   const char *msg1="hello fwrite\n";
   const char *msg2="hello write\n";
   printf("%s", msg0);
   fwrite(msg1, strlen(msg0), 1, stdout);
   write(1, msg2, strlen(msg2));
   fork();
   return 0;
 }

• 输出结果

hello printf
hello fwrite
hello write

• 我们接着进程实现输出重定向操作
• ./hello > file ， 我们发现结果如下
• 第二次输出中， 只二次输出了printf和fwrite，并没有二次输出write

hello write
hello printf
hello fwrite
hello printf
hello fwrite

• 原因：printf和fwrite是库函数，write是系统调用
• 原理机制且看下面分析：

2.原理分析

1. 我们发现 printf 和 fwrite （库函数）都输出了2次，而 write 只输出了一次（系统调用）。为什么呢？肯定和 fork有关！
2. 一般C库函数写入文件时是 全缓冲 (缓冲区满了，再刷新) 的，而写入显示器文件是 行缓冲 (行刷新)
3. printf fwrite 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。而我们放在缓冲区中的数据， 就不会被立即刷新 ，甚至是fork之后。但是进程退出之后，会统一刷新，写入文件当中。
4. write 只打印一次。没有随fork，打印两次， 说明其没有经过C语言库提供的用户缓冲区 ， 而是直接写入到文件中。
5. 同时，从另一个角度理解。 write的打印不属于进程了，也就不会发生对于用户缓冲区内容的写时拷贝
6. 我们回顾下面模型，可以看看两者区别