这里搜集从网上看到的一些言论,自认为还是比较靠谱的,有些不靠谱的根据自己的理解进行了修正。
首先要明白不带缓冲的概念:所谓不带缓冲,并不是指内核不提供缓冲,而是只单纯的系统调用,不是函数库的调用。系统内核对磁盘的读写都会提供一个块缓冲(在有些地方也被称为内核高速缓存),当用write函数对其写数据时,直接调用系统调用,将数据写入到块缓冲进行排队,当块缓冲达到一定的量时,才会把数据写入磁盘。因此所谓的不带缓冲的I/O是指进程不提供缓冲功能(但内核还是提供缓冲的)。每调用一次write或read函数,直接系统调用。
而带缓冲的I/O是指进程对输入输出流进行了改进,提供了一个流缓冲,当用fwrite函数网磁盘写数据时,先把数据写入流缓冲区中,当达到一定条件,比如流缓冲区满了,或刷新流缓冲,这时候才会把数据一次送往内核提供的块缓冲,再经块缓冲写入磁盘。(双重缓冲)
因此,带缓冲的I/O在往磁盘写入相同的数据量时,会比不带缓冲的I/O调用系统调用的次数要少。
看正常情况下,和磁盘交互的读写文件是怎么个流程!
当应用程序尝试读取某块数据的时候,如果这块数据已经存放在页缓存中,那么这块数据就可以立即返回给应用程序,而不需要经过实际的物理读盘操作。当然,如果数据在应用程序读取之前并未被存放在页缓存中(也就是上面提到的内核高速缓存),那么就需要先将数据从磁盘读到页缓存中去。对于写操作来说,应用程序也会将数据先写到页缓存中去(这里所说的写到页缓存中,如果是调用标准库I/O进行写,那么首先是写到标准库的缓冲区内,如果标准库的缓冲区写满以后,在写到页缓冲内;如果是系统调用,那么直接写到页缓冲内),数据是否被立即写到磁盘上去取决于应用程序所采用的写操作机制:如果用户采用的是同步写机制,那么数据会立即被写回到磁盘上,应用程序会一直等到数据被写完为止;如果用户采用的是延迟写机制,那么应用程序就完全不需要等到数据全部被 写回到磁盘,数据只要被写到页缓存中去就可以了。在延迟写机制的情况下,操作系统会定期地将放在页缓存中的数据刷到磁盘上。与异步写机制不同的是,延迟写机制在数据完全写到磁盘上得时候不会通知应用程序,而异步写机制在数据完全写到磁盘上得时候是会返回给应用程序的。所以延迟写机制本省是存在数据丢失的风险的,而异步写机制则不会有这方面的担心。
下面聊聊不带缓冲的I/O
不带缓存,不是直接对磁盘文件进行读取操作,像read()和write()函数,它们都属于系统调用,只不过在用户层没有缓存,所以叫做无缓存IO,但对于内核来说,还是进行了缓存,只是用户层看不到罢了。
带不带缓存是相对来说的,如果你要写入数据到文件上时(就是写入磁盘上),内核先将数据写入到内核中所设的缓冲储存器,假如这个缓冲储存器的长度是100个字节,你调用系统函:
ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count);
写操作时,设每次写入长度count=10个字节,那么你几要调用10次这个函数才能把这个缓冲区写满,此时数据还是在缓冲区,并没有写入到磁盘,缓冲区满时才进行实际上的IO操作,把数据写入到磁盘上,所以上面说的“不带缓存””不是没有缓存而是没有直写进磁盘就是这个意思(既然没有写入磁盘,调用系统调用为何可以在文件中看到写入的内容呢,因为内核控件是共享的)
那么,既然不带缓存的操作实际在内核是有缓存器的,那带缓存的IO操作又是怎么回事呢?
带缓存IO也叫标准IO,符合ANSI C 的标准IO处理,不依赖系统内核,所以移植性强,我们使用标准IO操作很多时候是为了减少对read()和write()的系统调用次数,带缓存IO其实就是在用户层再建立一个缓存区,这个缓存区的分配和优化长度等细节都是标准IO库代你处理好了,不用去操心,还是用上面那个例子说明这个操作过程:
上面说要写数据到文件上,内核缓存(注意这个不是用户层缓存区)区长度是100字节,我们调用不带缓存的IO函数write()就要调用10次,这样系统效率低,现在我们在用户层建立另一个缓存区(用户层缓存区或者叫流缓存),假设流缓存的长度是50字节,我们用标准C库函数的fwrite()将数据写入到这个流缓存区里面,流缓存区满50字节后在进入内核缓存区,再调用系统函数write()将数据写入到内核缓冲内,如果内核缓冲也被填满,或者内核进行fflush操作,那么内核缓冲区内数据就别写入到文件(实质是磁盘)上,看到这里,你用该明白一点,标准IO操作fwrite()最后还是要掉用无缓存IO操作write,这里进行了两次调用fwrite()写100字节也就是进行两次系统调用write()。
如果看到这里还没有一点眉目的话,那就比较麻烦了,希望下面两条总结能够帮上忙:
无缓存IO操作数据流向路径:数据——内核缓存区——磁盘
标准IO操作数据流向路径:数据——流缓存区——内核缓存区——磁盘
下面是一个网友的见解,以供参考:
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