先来看看不带缓存的I/O和标准(带缓存的)I/O都有那些
不带缓存的I/O: read,write,open......
标准(带缓存的)I/O: fgets,fread,fwrite.....
这里使用两个对应的函数进行比较:
ssize_t write(int filedes, const void *buff, size_t nbytes)
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *fp)
上面的buff和ptr都是指应用程序自己使用的buffer,实际上当需要对文件进行写操作时,都会先写到内核所设的缓冲存储器。如果该缓存未满,则并不将其排入输出队列,直到缓存写满或者内核再次需要重新使用此缓存时才将其排入磁盘I/O输入队列,再进行实际的I/O操作,也就是此时才把数据真正写到磁盘,这种技术叫延迟写。
如果我们直接用非缓存I/O对内核的缓冲区进行读写,会产生许多管理不善而造成的麻烦(如一次性写入过多,或多次系统调用导致的效率低下)。
标准(带缓存的)I/O为我们解决了这些问题,它处理很多细节,如缓冲区分配,以优化长度执行I/O等,更便于我们使用。
由于标准(带缓存的)I/O在系统调用的上一层多加了一个缓冲区,也因此引入了流的概念,在UNIX/Linux下表示为FILE*(并不限于UNIX/Linux,ANSI C都有FILE的概念),FILE实际上包含了为管理流所需要的所有信息:实际I/O的文件描述符,指向流缓存的指针(标准I/O缓存,由malloc分配,又称为用户态进程空间的缓存,区别于内核所设的缓存),缓存长度,当前在缓存中的字节数,出错标志等。
因此可知,不带缓存的I/O对文件描述符操作,带缓存的标准I/O是针对流的。
标准I/O对每个I/O流自动进行缓存管理(标准I/O函数通常调用malloc来分配缓存)。它提供了三种类型的缓存:
1) 全缓存。当填满标准I/O缓存后才执行I/O操作。磁盘上的文件通常是全缓存的。
2) 行缓存。当输入输出遇到新行符或缓存满时,才由标准I/O库执行实际I/O操作。stdin、stdout通常是行缓存的。
3) 无缓存。相当于read、write了。stderr通常是无缓存的,因为它必须尽快输出。
一般而言,由系统选择缓存的长度,并自动分配。标准I/O库在关闭流的时候自动释放缓存。另外,也可以使用函数fflush()将流所有未写的数据送入(刷新)到内核(内核缓冲区),fsync()将所有内核缓冲区的数据写到文件(磁盘)。
在标准I/O库中也有引入缓存管理而带来的缺点--效率问题。例如当使用每次一行函数fgets和fputs时,通常需要复制两次数据:一次是在内核和标准I/O缓存之间(当调用read和write时),第二次是在标准I/O缓存(通常系统分配和管理)和用户程序中的行缓存(fgets的参数就需要一个用户行缓存指针)之间。