如何由网页生成网站,wordpress uehtml,互联网舆情监测中心待遇,星巴克已有的网络营销方式Linux学习笔记#xff1a;
https://blog.csdn.net/2301_80220607/category_12805278.html?spm1001.2014.3001.5482
前言#xff1a; 前面两章我们已经讲了一些文件操作和文件重定向问题#xff0c;以及一些相关的知识点#xff0c;比如文件在内存中的存储位置#xff0… Linux学习笔记
https://blog.csdn.net/2301_80220607/category_12805278.html?spm1001.2014.3001.5482
前言 前面两章我们已经讲了一些文件操作和文件重定向问题以及一些相关的知识点比如文件在内存中的存储位置物理内存和虚拟内存的概念文件描述符的问题等今天我们要再学一个与内存有关的概念——用户缓冲区。 在操作系统中缓冲区是用于存储数据的内存区域。在 Linux 中用户缓冲区通常指的是由用户空间应用程序分配和管理的内存区域用来存储从外部设备读取或写入的数据。操作系统通过缓冲区来避免频繁地进行 I/O 操作提高效率同时保证数据的完整性和一致性。 本篇主要通过一些代码示例来帮助大家理解缓冲区的问题内容偏向于基础一点的学习完之后可以结合一些Linux相关的书籍再看看 目录
一、什么是缓冲区
1.1 问题提出
1.2 缓冲区概念的引出
二、缓冲区刷新方案
2.1 刷新方案
2.2 问题解决
三、缓冲区的作用
四、用户缓冲区的管理
4.1 缓冲区的分配
4.2 缓冲区的对齐
五、性能优化与缓冲区管理
5.1 使用合适的缓冲区大小
5.2 异步 I/O 操作
六、 总结 我们讲解的重点会放在讲解什么是缓冲区上对于缓冲区存在的作用和种类等方面上了解一下就行
一、什么是缓冲区
1.1 问题提出
我们通过几个场景来揭露这个问题首先我们先来看下面这串代码及其输出结果
#includestdio.h
#includestring.h
#includeunistd.h
int main()
{ const char *fstrhello fwrite\n;const char *strhello write\n;//C语言接口printf(hello printf\n); //stdout - 1fprintf(stdout,hello fprintf\n); //stdout - 1fwrite(fstr,strlen(fstr),1,stdout); //fread, stdout - 1//操作系统提供的系统接口write(1,str,strlen(str)); return 0; }
运行结果 我们可以把这个结果输出重定向到指定文件中去
./myfilelog.txt
cat log.txt 但是如果我们在代码段的最后一行加入fork函数来创建子进程我们就会得到一个不一样的输出结果
#includestdio.h
#includestring.h
#includeunistd.h
int main()
{ const char *fstrhello fwrite\n;const char *strhello write\n;//C语言接口printf(hello printf\n); //stdout - 1fprintf(stdout,hello fprintf\n); //stdout - 1fwrite(fstr,strlen(fstr),1,stdout); //fread, stdout - 1//操作系统提供的系统接口write(1,str,strlen(str)); fork(); return 0; }
运行结果 我们发现再次输出重定向时结果发生了很大的改变调用C语言接口的语句被打印了两遍而系统调用接口则只被打印一遍而且顺序也发生了变化调用系统接口的先被打印
1.2 缓冲区概念的引出
为什么会出现这种情况呢在解释之前我们先来看下面这种情况
#includestdio.h
#includestring.h
#includeunistd.h
int main()
{ const char *fstrhello fwrite\n;//const char *strhello write\n;//C语言接口printf(hello printf\n); //stdout - 1fprintf(stdout,hello fprintf\n); //stdout - 1fwrite(fstr,strlen(fstr),1,stdout); //fread, stdout - 1close(1);//操作系统提供的系统接口//write(1,str,strlen(str)); //fork(); return 0; }
我们只留下C语言的几个打印方式同时在打印执行完后把1号文件关闭了
运行结果 上面的每一条打印语句我们都通过\n来刷新缓冲区的如果我们把\n去掉再执行一遍
#includestdio.h
#includestring.h
#includeunistd.h
int main()
{ const char *fstrhello fwrite;//const char *strhello write\n;//C语言接口printf(hello printf); //stdout - 1fprintf(stdout,hello fprintf); //stdout - 1fwrite(fstr,strlen(fstr),1,stdout); //fread, stdout - 1close(1);//操作系统提供的系统接口//write(1,str,strlen(str)); //fork(); return 0; }
运行结果 我们发现没有任何输出结果这又是什么原因呢? 注意:是在close(1)关闭和\n去掉同时存在的情况下才有了这样的结果
但是如果我们是对系统接口执行这个操作 执行结果 我们发现此时有打印结果 其实原因如下 我们对上面的内容做一个叙述:我们都知道我们写入的内容是要先存在缓冲区的但实际上我们通过C语言的接口所写的内容比如print、fprint等接口所写内容所存在的缓冲区并不是在内核中的它是在内核以外的是语言的这些接口随后调用write系统接口才将其写入内核中去的在我们关闭1号显示器文件时内核中写入的内容会被我们输出到显示其中但是缓冲区中的内容我们需要先调用write接口写入内核中去但是1号文件都被关闭了所以自然 是不能再写入内核中去的所以最后就不能被显示在显示器上 这其实就解释了缓冲区的概念缓冲区是计算机存储器中的一块内存区域用于临时存放在不同设备或进程间传输的数据
二、缓冲区刷新方案
2.1 刷新方案
在解决最一开始的问题前我们先要知道一个知识点那就是缓冲区的刷新方案是什么因为缓冲区就是内核外一个特定的空间所以它的大小是有限的需要定时进行刷新而且我们读取或存入的文件的大小也是有限的所以就需要不同的刷新方案来帮助我们解决不同的场景 缓冲区刷新方式主要有以下三种a.无缓冲 --- 直接刷新b.行缓冲 ---不刷新直到碰到\n c.全缓冲 --- 缓冲区满了才刷新 除此之外当进程结束时也会进行刷新 一般向显示器打印时是行缓冲向文件中打印时是全缓冲 2.2 问题解决
下面我们继续解决一下最一开始提出的问题为什么fork()之后再向文件中打印出现那种情况 向文件中输出时实际上我们的缓冲方案是发生改变了由往显示器上显示时的行刷新变为了全刷新只有在缓冲区被写满或进程要结束时时我们的内容才会被刷新到内核中而write是系统接口它所打印的内容是直接被写在内核中的所以先被打印了出去而我们缓冲区的内容需要等待进程终止时被强制刷新而我们的fork()创建了新的子进程子进程会复制父进程的缓冲区子进程在结束时也会将缓冲区中的内容进行刷新所以我们C接口所写的内容就被打印了两次 三、缓冲区的作用 缓冲区的主要作用是缓解速度差异和提高系统的效率。例如硬盘的读写速度远低于内存网络传输速度也比本地内存慢因此需要缓冲区来暂时存储数据避免频繁的硬件访问造成性能瓶颈。 四、用户缓冲区的管理
在 Linux 系统中用户缓冲区的分配通常是由程序员或操作系统自动管理的。在许多高级语言中如 Python、Java缓冲区的管理是透明的程序员只需要调用相应的 I/O 操作函数即可。对于 C 语言或其他低级语言程序员需要手动管理缓冲区。
4.1 缓冲区的分配
在 C 语言中用户缓冲区可以通过 malloc() 或 calloc() 等函数动态分配内存。例如
#include stdio.h
#include stdlib.hint main() {size_t bufferSize 1024;char *buffer (char *)malloc(bufferSize);if (!buffer) {perror(malloc);return -1;}// 使用缓冲区snprintf(buffer, bufferSize, Hello, buffer!);printf(%s\n, buffer);free(buffer); // 释放内存return 0;
}上述代码动态分配了一个大小为 1024 字节的缓冲区并使用 snprintf() 函数将数据写入缓冲区。
4.2 缓冲区的对齐
在某些情况下缓冲区需要满足特定的对齐要求以便提高访问效率或满足硬件要求。例如某些系统要求缓冲区的起始地址必须是 16 字节的倍数。为此可以使用 posix_memalign() 或 aligned_alloc() 等函数来分配对齐的内存。
#include stdio.h
#include stdlib.hint main() {void *buffer;size_t alignment 16;size_t bufferSize 1024;if (posix_memalign(buffer, alignment, bufferSize) ! 0) {perror(posix_memalign);return -1;}// 使用缓冲区snprintf(buffer, bufferSize, Aligned buffer!);printf(%s\n, (char *)buffer);free(buffer);return 0;
}五、性能优化与缓冲区管理
5.1 使用合适的缓冲区大小
选择合适的缓冲区大小对于 I/O 性能至关重要。过小的缓冲区会导致频繁的 I/O 操作降低性能过大的缓冲区会占用过多的内存资源。因此合理地选择缓冲区的大小是性能优化的关键。
5.2 异步 I/O 操作
在处理大量 I/O 请求时使用异步 I/O 操作可以显著提高系统的吞吐量。Linux 提供了 aioAsynchronous I/O接口允许程序在进行 I/O 操作时不阻塞主线程。
六、 总结
用户缓冲区是 Linux 系统中处理 I/O 操作的重要机制。它能够有效地减少硬件访问次数提高数据传输效率。本文主要就是对缓冲区的概念进行详细讲解帮助大家理解缓冲区究竟是什么在实际开发中合理使用用户缓冲区能够显著提升程序的性能和资源利用率。
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