尧图网站建设 
♂️个人主页进击的荆棘作者其它专栏《数据结构与算法》《算法》《C起始之路》《Linux》目录1.理解“文件”2.C文件接口3.系统文件I/O4.理解“一切皆文件”5.缓冲区4.理解“一切皆文件”首先在windows中是文件的东西在linux中也是文件其次一些在windows中不是文件的东西如进程、磁盘、显示器、键盘这样的硬件设备也被抽象成了文件可以使用访问文件的方法访问它们获得信息甚至管道也是文件将来网络编程中的socket套接字这样的东西使用的接口跟文件接口也是一致的。这样做最明显的好处是开发者仅需使用一套API和开发工具即可调取Linux系统中绝大部分的资源。例Linux中几乎所有读读文件读系统状态读PIPE的操作都可以用read函数进行几乎所有更改文件更改系统参数写PIPE的操作都可以用write函数来进行。当打开一个文件是操作系统为了管理所打开的文件都会为这个文创建一个file结构体该结构体定义在在/usr/src/kernels/3.10.0-1160.71.1.el7.x86_64/include/linux/fs.h下以下展示了我们所关心的内容struct file { ... struct inode *f_inode; /* cached value */ const struct file_operations *f_op; ... atomic_long_t f_count; // 表⽰打开⽂件的引⽤计数如果有多个⽂件指针指 向它就会增加f_count的值。 unsigned int f_flags; // 表⽰打开⽂件的权限 fmode_t f_mode; // 设置对⽂件的访问模式,例如只读只写等。所 有的标志在头⽂件fcntl.h 中定义 loff_t f_pos; // 表⽰当前读写⽂件的位置 ... } __attribute__((aligned(4))); /* lest something weird decides that 2 is OK */struct file中的f_op指针指向了一个file_operations结构体这个结构体中的成员除了struct module* owner其余都是函数指针。该结构和struct file都在fs.h下truct file_operations { struct module *owner; //指向拥有该模块的指针 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); //llseek ⽅法⽤作改变⽂件中的当前读/写位置, 并且新位置作为(正的)返回值. ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); //⽤来从设备中获取数据. 在这个位置的⼀个空指针导致 read 系统调⽤以 - EINVAL(Invalid argument) 失败. ⼀个⾮负返回值代表了成功读取的字节数( 返回值是⼀个 signed size 类型, 常常是⽬标平台本地的整数类型). ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); //发送数据给设备. 如果 NULL, -EINVAL 返回给调⽤ write 系统调⽤的程序. 如果⾮负, 返回值代表成功写的字节数. ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); //初始化⼀个异步读 -- 可能在函数返回前不结束的读操作. ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); //初始化设备上的⼀个异步写. int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); //对于设备⽂件这个成员应当为 NULL; 它⽤来读取⽬录, 并且仅对**⽂件系统**有⽤. unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); //mmap ⽤来请求将设备内存映射到进程的地址空间. 如果这个⽅法是 NULL, mmap 系统调⽤ 返回 -ENODEV. int (*open) (struct inode *, struct file *); //打开⼀个⽂件 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id); //flush 操作在进程关闭它的设备⽂件描述符的拷⻉时调⽤; int (*release) (struct inode *, struct file *); //在⽂件结构被释放时引⽤这个操作. 如同 open, release 可以为 NULL. int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); //⽤⼾调⽤来刷新任何挂着的数据. int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); //lock ⽅法⽤来实现⽂件加锁; 加锁对常规⽂件是必不可少的特性, 但是设备驱动⼏乎从不实 现它. ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long); int (*check_flags)(int); int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int); ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int); int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **); };file_operation就是把系统调用和驱动程序关联起来的关键数据结构这个结构的每一个成员都对应着一个系统调用。读取file_operation中相应的函数指针接着把控制权转交给函数从而完成Linux设备驱动程序的工作。上图中的外设每个设备都可以有自己的read、write但一定是对应着不同的操作方法。但通过struct file下file_operation中的各种函数回调让开发者只用file便可调取Linux系统中绝大部分的资源。5.缓冲区5.1什么是缓冲区缓冲区是内存空间的一部分。即在内存空间预留了一定的存储空间这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据这部分预留的空间就叫做缓冲区。缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备分为输入缓冲区和输出缓冲区。5.2为什么要引入缓冲区机制读写文件时若不会开辟对文件操作的缓冲区直接通过系统调用对磁盘进行操作读、写等那么每次对文件进行一次读写操作时都需要使用读写系统调用来处理此操作即需要执行一次系统调用执行一次系统调用将涉及到CPU状态的切换即从用户空间切换到内核空间实现进程上下文的切换这将损耗一定的CPU时间频繁的磁盘访问对程序的执行效率造成很大的影响。为了减少使用系统调用的次数提高效率我们就可以采用缓存机制。比如从磁盘中取信息可以在磁盘文件进行操作时可以一次从文件中读出大量的数据到缓冲区中以后对这部分的访问就不需要再使用系统调用了等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取这样就可以减少磁盘的读写次数再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。又如我们使用打印机打印文档由于打印机的打印速度相对较慢可以先把文档输出到打印机相应的缓冲区打印机再自行逐步打印这时CPU可以处理其它事情。可以看出缓冲区就是一块内存区它用再输入输出设备和CPU之间用来缓存数据。它使得低速的输入输出设备和高速的CPU能够协调工作避免低速的输入输出设备占用CPU解放出CPU使其能高效工作。5.3缓冲类型标准I/O提供了3种类型的缓冲区●全缓冲区这种缓存方式要求填满整个缓冲区后才进行I/O系统调用操作。对于磁盘文件的操作通常使用全缓冲的方式访问。●行缓冲区在行缓冲情况下当输入和输出种遇到换行符时标准I/O库函数将会执行系统调用操作。当所操作的流涉及一个终端时如标准输入和标准输出使用行缓冲方式。因为标准I/O库每行的缓冲区长度是固定的所以只要填满了缓冲区即使还没有遇到换行符也会执行I/O系统调用操作默认行缓冲区的大小是1024。●无缓冲区无缓冲区是指标准I/O库不对字符进行缓存直接调用系统调用。标准出错流stderr通常是不带缓冲区的这使得出错信息能够尽快地显示出来。除了上述列举的默认刷新方式下列特殊情况也会引发缓冲区的刷新1.缓冲区满时2.执行flsuh语句3.进程结束#include stdio.h #include string.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include unistd.h int main() { close(1); int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666); if (fd 0) { perror(open); return 0; } printf(hello world: %d\n, fd); close(fd); return 0; }这段代码的本意是应用重定向思维让本应打印到显示器上的内容写到“log.txt”文件中但实际上程序运行结束后文件中并没有写入内容[sjxVM-8-12-centos buffer]$ ./myfile [sjxVM-8-12-centos buffer]$ ls log.txt makefile myfile myfile.c [sjxVM-8-12-centos buffer]$ cat log.txt [sjxVM-8-12-centos buffer]$这是因为我们将1号描述符重定向到磁盘文件后缓冲区的刷新方式成为了全缓冲。而写入的内容并没有填满整个缓冲区导致并不会将缓冲区的内容刷新到磁盘文件中。可以使用fflush强制刷新缓冲区。#include stdio.h #include string.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include unistd.h int main() { close(1); int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666); if (fd 0) { perror(open); return 0; } printf(hello world: %d\n, fd); fflush(stdout); close(fd); return 0; }还有一种解决方法并且可以验证stderr是不带缓冲区的#include stdio.h #include string.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include unistd.h int main() { close(2); int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666); if (fd 0) { perror(open); return 0; } perror(hello world); close(fd); return 0; }这种方式可以将2号文件描述符重定向至文件由于stderr没有缓冲区“hello world”不用fflush就可以写入文件[sjxVM-8-12-centos buffer]$ ./myfile [sjxVM-8-12-centos buffer]$ cat log.txt hello world: Success5.4FILE●因为IO相关函数与系统调用接口对应并且库函数封装系统调用所以本质上访问文件都是通过fd访问的●所以C库中FILE结构体内部必定封装了fd#include stdio.h #include string.h int main() { const char *msg0hello printf\n; const char *msg1hello fwrite\n; const char *msg2hello write\n; printf(%s, msg0); fwrite(msg1, strlen(msg0), 1, stdout); write(1, msg2, strlen(msg2)); fork(); return 0; }结果hello printfhello fwritehello write但若对进程实现输出重定向./hello file结果就变成了hello writehello printfhello fwritehello printfhello fwrite其中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fork会导致这种结果●一般C库函数写入文件时是全缓冲的而写入显示器是行缓冲●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●而我们放出缓冲区中的数据就不会被立即刷新设置fork之后●但是进程退出后会统一属性写入文件当中●但是fork的时候父子数据会发生写时拷贝当父进程准备刷新的时候子进程也就有了相同的一份数据所以产生两份数据●但write只输出一次是因为write是系统调用直接写到内核缓冲区综上printffwrite库函数会自带缓冲区而write系统调用没有带缓冲区。另外上文提到的缓冲区都是用户级缓冲区。实际上为了提升整机性能OS也会提供相关内核级缓冲区。那这个缓冲区由谁提供printffwrite是库函数write是系统调用库函数在系统调用的“上层”是对系统调用的“封装”但是write没有提供缓冲区用户级而printffwrite有就可以说明该缓冲区是二次加上的因为是C库函数所以由C标准库提供。C库中FILE结构体在/usr/include/libio.h struct _IO_FILE { int _flags; /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */ #define _IO_file_flags _flags //缓冲区相关 /* The following pointers correspond to the C streambuf protocol. */ /* Note: Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */ char* _IO_read_ptr; /* Current read pointer */ char* _IO_read_end; /* End of get area. */ char* _IO_read_base; /* Start of putbackget area. */ char* _IO_write_base; /* Start of put area. */ char* _IO_write_ptr; /* Current put pointer. */ char* _IO_write_end; /* End of put area. */ char* _IO_buf_base; /* Start of reserve area. */ char* _IO_buf_end; /* End of reserve area. */ /* The following fields are used to support backing up and undo. */ char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */ char *_IO_backup_base; /* Pointer to first valid character of backup area */ char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */ struct _IO_marker *_markers; struct _IO_FILE *_chain; int _fileno; //封装的⽂件描述符 #if 0 int _blksize; #else int _flags2; #endif _IO_off_t _old_offset; /* This used to be _offset but its too small. */ #define __HAVE_COLUMN /* temporary */ /* 1column number of pbase(); 0 is unknown. */ unsigned short _cur_column; signed char _vtable_offset; char _shortbuf[1]; /* char* _save_gptr; char* _save_egptr; */ _IO_lock_t *_lock; #ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE };5.5手写一个简单的libc库mystdio.h#pragma once #include stdio.h #define MAX 1024 //缓冲区刷新 #define NONE_FLUSH 1 #define LINE_FLUSH 2 #define FULL_FLUSH 3 typedef struct IO_FILE{ int fileno; int filemode; char outbuffer[MAX]; int bufferlen; int flush_method; }MyFile; MyFile* MyFOpen(const char *path, const char *mode); void MyFClose(MyFile *); int MyFWrite(MyFile *,void *str,int len); void MyFFlush(MyFile* );mystdio.c#include mystdio.h #include string.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include stdlib.h #include unistd.h static MyFile* buyfile(int fd,int filemode){ MyFile* file(MyFile*)malloc(sizeof(MyFile)); if(fileNULL) return NULL; file-filemodefilemode; file-filenofd; file-bufferlen0; file-flush_methodLINE_FLUSH; memset(file-outbuffer,0,sizeof(file-outbuffer)); return file; } MyFile* MyFOpen(const char *path, const char *mode){ int fd-1; int filemode0; if(strcmp(mode,w)0){ filemodeO_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC; } else if(strcmp(mode,r)0){ filemodeO_RDONLY; } else if(strcmp(mode,a)0){ filemodeO_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND; } else{ // } fdopen(path,filemode,0666); if(fd0) return NULL; return buyfile(fd,filemode); } void MyFClose(MyFile *file){ if(file-filemode0) return ; MyFFlush(file); file-fileno0; free(file); } int MyFWrite(MyFile *file,void *str,int len){ //1.拷贝 memcpy(file-outbufferfile-bufferlen,str,len); file-bufferlenlen; //判断刷新 if((file-flush_methodLINE_FLUSH)(file-outbuffer[file-bufferlen-1]\n)) MyFFlush(file); return 0; } void MyFFlush(MyFile* file){ //把数据从用户拷贝到内核文件缓冲区中 int nwrite(file-fileno,file-outbuffer,file-bufferlen); (void)n;//消除编译器报警 fsync(file-fileno);//强制将文件数据和元数据从内核页缓存写入磁盘 file-bufferlen0; }usercode.c#include mystdio.h #include string.h #include unistd.h int main(){ MyFile* fpMyFOpen(log.txt,w); if(!fp){ printf(MyfOpen failed\n); return 1; } const char* msghello world; int cnt10; while(cnt--){ MyFWrite(fp,(char*)msg,strlen(msg)); MyFFlush(fp); printf(buffer:%s\n,fp-outbuffer); sleep(1); } MyFClose(fp); return 0; } Linux系统——基础IO（下）
♂️个人主页进击的荆棘作者其它专栏《数据结构与算法》《算法》《C起始之路》《Linux》目录1.理解“文件”2.C文件接口3.系统文件I/O4.理解“一切皆文件”5.缓冲区4.理解“一切皆文件”首先在windows中是文件的东西在linux中也是文件其次一些在windows中不是文件的东西如进程、磁盘、显示器、键盘这样的硬件设备也被抽象成了文件可以使用访问文件的方法访问它们获得信息甚至管道也是文件将来网络编程中的socket套接字这样的东西使用的接口跟文件接口也是一致的。这样做最明显的好处是开发者仅需使用一套API和开发工具即可调取Linux系统中绝大部分的资源。例Linux中几乎所有读读文件读系统状态读PIPE的操作都可以用read函数进行几乎所有更改文件更改系统参数写PIPE的操作都可以用write函数来进行。当打开一个文件是操作系统为了管理所打开的文件都会为这个文创建一个file结构体该结构体定义在在/usr/src/kernels/3.10.0-1160.71.1.el7.x86_64/include/linux/fs.h下以下展示了我们所关心的内容struct file { ... struct inode *f_inode; /* cached value */ const struct file_operations *f_op; ... atomic_long_t f_count; // 表⽰打开⽂件的引⽤计数如果有多个⽂件指针指 向它就会增加f_count的值。 unsigned int f_flags; // 表⽰打开⽂件的权限 fmode_t f_mode; // 设置对⽂件的访问模式,例如只读只写等。所 有的标志在头⽂件fcntl.h 中定义 loff_t f_pos; // 表⽰当前读写⽂件的位置 ... } __attribute__((aligned(4))); /* lest something weird decides that 2 is OK */struct file中的f_op指针指向了一个file_operations结构体这个结构体中的成员除了struct module* owner其余都是函数指针。该结构和struct file都在fs.h下truct file_operations { struct module *owner; //指向拥有该模块的指针 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); //llseek ⽅法⽤作改变⽂件中的当前读/写位置, 并且新位置作为(正的)返回值. ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); //⽤来从设备中获取数据. 在这个位置的⼀个空指针导致 read 系统调⽤以 - EINVAL(Invalid argument) 失败. ⼀个⾮负返回值代表了成功读取的字节数( 返回值是⼀个 signed size 类型, 常常是⽬标平台本地的整数类型). ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); //发送数据给设备. 如果 NULL, -EINVAL 返回给调⽤ write 系统调⽤的程序. 如果⾮负, 返回值代表成功写的字节数. ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); //初始化⼀个异步读 -- 可能在函数返回前不结束的读操作. ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t); //初始化设备上的⼀个异步写. int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); //对于设备⽂件这个成员应当为 NULL; 它⽤来读取⽬录, 并且仅对**⽂件系统**有⽤. unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); //mmap ⽤来请求将设备内存映射到进程的地址空间. 如果这个⽅法是 NULL, mmap 系统调⽤ 返回 -ENODEV. int (*open) (struct inode *, struct file *); //打开⼀个⽂件 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id); //flush 操作在进程关闭它的设备⽂件描述符的拷⻉时调⽤; int (*release) (struct inode *, struct file *); //在⽂件结构被释放时引⽤这个操作. 如同 open, release 可以为 NULL. int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); //⽤⼾调⽤来刷新任何挂着的数据. int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); //lock ⽅法⽤来实现⽂件加锁; 加锁对常规⽂件是必不可少的特性, 但是设备驱动⼏乎从不实 现它. ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long); int (*check_flags)(int); int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int); ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int); int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **); };file_operation就是把系统调用和驱动程序关联起来的关键数据结构这个结构的每一个成员都对应着一个系统调用。读取file_operation中相应的函数指针接着把控制权转交给函数从而完成Linux设备驱动程序的工作。上图中的外设每个设备都可以有自己的read、write但一定是对应着不同的操作方法。但通过struct file下file_operation中的各种函数回调让开发者只用file便可调取Linux系统中绝大部分的资源。5.缓冲区5.1什么是缓冲区缓冲区是内存空间的一部分。即在内存空间预留了一定的存储空间这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据这部分预留的空间就叫做缓冲区。缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备分为输入缓冲区和输出缓冲区。5.2为什么要引入缓冲区机制读写文件时若不会开辟对文件操作的缓冲区直接通过系统调用对磁盘进行操作读、写等那么每次对文件进行一次读写操作时都需要使用读写系统调用来处理此操作即需要执行一次系统调用执行一次系统调用将涉及到CPU状态的切换即从用户空间切换到内核空间实现进程上下文的切换这将损耗一定的CPU时间频繁的磁盘访问对程序的执行效率造成很大的影响。为了减少使用系统调用的次数提高效率我们就可以采用缓存机制。比如从磁盘中取信息可以在磁盘文件进行操作时可以一次从文件中读出大量的数据到缓冲区中以后对这部分的访问就不需要再使用系统调用了等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取这样就可以减少磁盘的读写次数再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。又如我们使用打印机打印文档由于打印机的打印速度相对较慢可以先把文档输出到打印机相应的缓冲区打印机再自行逐步打印这时CPU可以处理其它事情。可以看出缓冲区就是一块内存区它用再输入输出设备和CPU之间用来缓存数据。它使得低速的输入输出设备和高速的CPU能够协调工作避免低速的输入输出设备占用CPU解放出CPU使其能高效工作。5.3缓冲类型标准I/O提供了3种类型的缓冲区●全缓冲区这种缓存方式要求填满整个缓冲区后才进行I/O系统调用操作。对于磁盘文件的操作通常使用全缓冲的方式访问。●行缓冲区在行缓冲情况下当输入和输出种遇到换行符时标准I/O库函数将会执行系统调用操作。当所操作的流涉及一个终端时如标准输入和标准输出使用行缓冲方式。因为标准I/O库每行的缓冲区长度是固定的所以只要填满了缓冲区即使还没有遇到换行符也会执行I/O系统调用操作默认行缓冲区的大小是1024。●无缓冲区无缓冲区是指标准I/O库不对字符进行缓存直接调用系统调用。标准出错流stderr通常是不带缓冲区的这使得出错信息能够尽快地显示出来。除了上述列举的默认刷新方式下列特殊情况也会引发缓冲区的刷新1.缓冲区满时2.执行flsuh语句3.进程结束#include stdio.h #include string.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include unistd.h int main() { close(1); int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666); if (fd 0) { perror(open); return 0; } printf(hello world: %d\n, fd); close(fd); return 0; }这段代码的本意是应用重定向思维让本应打印到显示器上的内容写到“log.txt”文件中但实际上程序运行结束后文件中并没有写入内容[sjxVM-8-12-centos buffer]$ ./myfile [sjxVM-8-12-centos buffer]$ ls log.txt makefile myfile myfile.c [sjxVM-8-12-centos buffer]$ cat log.txt [sjxVM-8-12-centos buffer]$这是因为我们将1号描述符重定向到磁盘文件后缓冲区的刷新方式成为了全缓冲。而写入的内容并没有填满整个缓冲区导致并不会将缓冲区的内容刷新到磁盘文件中。可以使用fflush强制刷新缓冲区。#include stdio.h #include string.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include unistd.h int main() { close(1); int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666); if (fd 0) { perror(open); return 0; } printf(hello world: %d\n, fd); fflush(stdout); close(fd); return 0; }还有一种解决方法并且可以验证stderr是不带缓冲区的#include stdio.h #include string.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include unistd.h int main() { close(2); int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666); if (fd 0) { perror(open); return 0; } perror(hello world); close(fd); return 0; }这种方式可以将2号文件描述符重定向至文件由于stderr没有缓冲区“hello world”不用fflush就可以写入文件[sjxVM-8-12-centos buffer]$ ./myfile [sjxVM-8-12-centos buffer]$ cat log.txt hello world: Success5.4FILE●因为IO相关函数与系统调用接口对应并且库函数封装系统调用所以本质上访问文件都是通过fd访问的●所以C库中FILE结构体内部必定封装了fd#include stdio.h #include string.h int main() { const char *msg0hello printf\n; const char *msg1hello fwrite\n; const char *msg2hello write\n; printf(%s, msg0); fwrite(msg1, strlen(msg0), 1, stdout); write(1, msg2, strlen(msg2)); fork(); return 0; }结果hello printfhello fwritehello write但若对进程实现输出重定向./hello file结果就变成了hello writehello printfhello fwritehello printfhello fwrite其中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fork会导致这种结果●一般C库函数写入文件时是全缓冲的而写入显示器是行缓冲●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●而我们放出缓冲区中的数据就不会被立即刷新设置fork之后●但是进程退出后会统一属性写入文件当中●但是fork的时候父子数据会发生写时拷贝当父进程准备刷新的时候子进程也就有了相同的一份数据所以产生两份数据●但write只输出一次是因为write是系统调用直接写到内核缓冲区综上printffwrite库函数会自带缓冲区而write系统调用没有带缓冲区。另外上文提到的缓冲区都是用户级缓冲区。实际上为了提升整机性能OS也会提供相关内核级缓冲区。那这个缓冲区由谁提供printffwrite是库函数write是系统调用库函数在系统调用的“上层”是对系统调用的“封装”但是write没有提供缓冲区用户级而printffwrite有就可以说明该缓冲区是二次加上的因为是C库函数所以由C标准库提供。C库中FILE结构体在/usr/include/libio.h struct _IO_FILE { int _flags; /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */ #define _IO_file_flags _flags //缓冲区相关 /* The following pointers correspond to the C streambuf protocol. */ /* Note: Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */ char* _IO_read_ptr; /* Current read pointer */ char* _IO_read_end; /* End of get area. */ char* _IO_read_base; /* Start of putbackget area. */ char* _IO_write_base; /* Start of put area. */ char* _IO_write_ptr; /* Current put pointer. */ char* _IO_write_end; /* End of put area. */ char* _IO_buf_base; /* Start of reserve area. */ char* _IO_buf_end; /* End of reserve area. */ /* The following fields are used to support backing up and undo. */ char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */ char *_IO_backup_base; /* Pointer to first valid character of backup area */ char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */ struct _IO_marker *_markers; struct _IO_FILE *_chain; int _fileno; //封装的⽂件描述符 #if 0 int _blksize; #else int _flags2; #endif _IO_off_t _old_offset; /* This used to be _offset but its too small. */ #define __HAVE_COLUMN /* temporary */ /* 1column number of pbase(); 0 is unknown. */ unsigned short _cur_column; signed char _vtable_offset; char _shortbuf[1]; /* char* _save_gptr; char* _save_egptr; */ _IO_lock_t *_lock; #ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE };5.5手写一个简单的libc库mystdio.h#pragma once #include stdio.h #define MAX 1024 //缓冲区刷新 #define NONE_FLUSH 1 #define LINE_FLUSH 2 #define FULL_FLUSH 3 typedef struct IO_FILE{ int fileno; int filemode; char outbuffer[MAX]; int bufferlen; int flush_method; }MyFile; MyFile* MyFOpen(const char *path, const char *mode); void MyFClose(MyFile *); int MyFWrite(MyFile *,void *str,int len); void MyFFlush(MyFile* );mystdio.c#include mystdio.h #include string.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include stdlib.h #include unistd.h static MyFile* buyfile(int fd,int filemode){ MyFile* file(MyFile*)malloc(sizeof(MyFile)); if(fileNULL) return NULL; file-filemodefilemode; file-filenofd; file-bufferlen0; file-flush_methodLINE_FLUSH; memset(file-outbuffer,0,sizeof(file-outbuffer)); return file; } MyFile* MyFOpen(const char *path, const char *mode){ int fd-1; int filemode0; if(strcmp(mode,w)0){ filemodeO_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC; } else if(strcmp(mode,r)0){ filemodeO_RDONLY; } else if(strcmp(mode,a)0){ filemodeO_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND; } else{ // } fdopen(path,filemode,0666); if(fd0) return NULL; return buyfile(fd,filemode); } void MyFClose(MyFile *file){ if(file-filemode0) return ; MyFFlush(file); file-fileno0; free(file); } int MyFWrite(MyFile *file,void *str,int len){ //1.拷贝 memcpy(file-outbufferfile-bufferlen,str,len); file-bufferlenlen; //判断刷新 if((file-flush_methodLINE_FLUSH)(file-outbuffer[file-bufferlen-1]\n)) MyFFlush(file); return 0; } void MyFFlush(MyFile* file){ //把数据从用户拷贝到内核文件缓冲区中 int nwrite(file-fileno,file-outbuffer,file-bufferlen); (void)n;//消除编译器报警 fsync(file-fileno);//强制将文件数据和元数据从内核页缓存写入磁盘 file-bufferlen0; }usercode.c#include mystdio.h #include string.h #include unistd.h int main(){ MyFile* fpMyFOpen(log.txt,w); if(!fp){ printf(MyfOpen failed\n); return 1; } const char* msghello world; int cnt10; while(cnt--){ MyFWrite(fp,(char*)msg,strlen(msg)); MyFFlush(fp); printf(buffer:%s\n,fp-outbuffer); sleep(1); } MyFClose(fp); return 0; }