缓冲IO与非缓冲IO

Question

我了解到，默认情况下，程序中的I/O是缓冲的，也就是说，它们是从临时存储器提供给请求程序的。我知道缓冲可以提高IO性能(可能是通过减少系统调用)。我见过禁用缓冲的例子，比如C中的setvbuf。这两种模式之间的区别是什么，什么时候应该使用一种模式而不是另一种模式？

Answer 1

当您想要确保输出在继续之前已被写入时，您希望无缓冲输出。一个例子是C运行时库下的标准错误--默认情况下这通常是无缓冲的。由于错误(希望)很少发生，所以您希望立即了解它们。另一方面，标准输出是缓冲的，因为它假设会有更多的数据通过它。

另一个例子是日志库。如果您的日志消息保存在进程的缓冲区中，并且您的进程转储内核，则很有可能永远不会写入输出。

此外，不仅系统调用被最小化，磁盘I/O也被最小化。假设一个程序一次读取一个字节的文件。使用无缓冲的输入，您将为每个字节访问磁盘(相对非常慢)，即使它可能无论如何都必须读取整个块(磁盘硬件本身可能有缓冲区，但您仍将访问磁盘控制器，这将比内存访问慢)。

通过缓冲，整个块被一次读入缓冲区，然后单个字节从(内存中，令人难以置信的快)缓冲区传递给你。

请记住，缓冲可以采用多种形式，例如在以下示例中：

+-------------------+-------------------+
| Process A         | Process B         |
+-------------------+-------------------+
| C runtime library | C runtime library | C RTL buffers
+-------------------+-------------------+
|               OS caches               | Operating system buffers
+---------------------------------------+
|      Disk controller hardware cache   | Disk hardware buffers
+---------------------------------------+
|                   Disk                |
+---------------------------------------+

Answer 2

当您已经有大量字节序列准备写入磁盘时，您希望无缓冲输出，并且希望避免将额外的复制复制到中间的第二个缓冲区中。

缓冲的输出流会将写入结果累积到中间缓冲区中，仅当累积足够的数据(或请求flush() )时才将其发送到操作系统文件系统。这减少了文件系统调用的数量。由于文件系统调用在大多数平台上的开销可能很大(与短memcpy相比)，因此在执行大量小型写操作时，缓冲输出是最大的优势。当您已经有很大的缓冲区要发送时，无缓冲输出通常更好--复制到中间缓冲区不会进一步减少OS调用的数量，并会引入额外的工作。

无缓冲输出与确保数据到达磁盘没有任何关系；该功能由flush()提供，可用于缓冲和非缓冲数据流。无缓冲IO写入并不能保证数据已到达物理磁盘--操作系统文件系统可以无限期地保留数据的副本，如果需要的话，永远不会将其写入磁盘。只有在调用flush()时才需要将其提交到磁盘。(请注意，close()将代表您调用flush() )。