Linux系统编程-标准I/O与系统I/O的比较

目录

一. 标准I/O与系统I/O

1.1 标准I/O与系统I/O的区别

1、标准I/O

2、系统I/O

3、总结

二. 标准I/O

2.1 标准I/O的缓冲机制

2.1.1 标准I/O的缓冲模式：

缓冲区：

行缓冲模式：

全缓冲模式：

无缓冲模式：

2.1.2 fflush()函数

2.1.3 标准I/O合并系统调用

命令：strace

一. 标准I/O与系统I/O

1.1 标准I/O与系统I/O的区别

1、标准I/O

标准I/O具有缓存机制，可以合并系统调用

2、系统I/O

系统I/O每调用一次都会完成从user态到kernel态的切换，实时性高

3、总结

标准I/O与系统I/O的区别在与响应速度(实时性)与吞吐量：

标准I/O的吞吐量大，效率高

系统I/O的实时性强

二. 标准I/O

2.1 标准I/O的缓冲机制

首先，来看一段程序：

这里直观的感受是打印出第一个printf的内容，然后进入死循环，但结果不是这样的：

int main() { printf("before while(1)"); while(1); printf("after while(1)"); return 0; }

结果：直接进入了死循环，没有打印，这是因为终端是行缓冲模式

2.1.1 标准I/O的缓冲模式：

缓存区的作用：大多情况下是好事---合并系统调用

缓冲区：

高速设备和低速设备进行交互时，为了匹配低速设备的速率，需要在高速设备和低速设备之间增加一个缓冲区，用于数据缓冲

行缓冲模式：

换行刷新：

int main() { printf("hello world\n");//换行刷新 while(1); return 0; }

结果：

强制刷新：

int main() { printf("hello world");//强制刷新 fflush(stdout); while(1); return 0; }

结果：

满了刷新：

int main() { while(1){ printf("hello world"); usleep(100000); } return 0; }

结果：可知行缓冲的大小是1024字节

程序退出刷新：

int main() { printf("hello world"); return 0; }

结果：

全缓冲模式：

满了刷新：

int main() { FILE *fp = fopen("1.txt", "w"); if(fp == NULL){ perror("fopen():"); return -1; } while(1){ fputs("hello world", fp); usleep(10000); } return 0; }

结果：从这里也可以看出，全缓冲的缓冲区大小是4096字节，是以4096的整数倍增加的

无缓冲模式：

stderr：

int main() { fprintf(stderr,"hello world"); return 0; }

结果：

这里介绍一个强制刷新缓冲区的函数：fflush()

2.1.2 fflush()函数

作用：强制刷新指定流的缓冲区

1、对于输出流而言，调用 fflush() 会强制将给定输出或更新流的用户空间缓冲区中的所

有数据进行写入操作，具体操作是通过该流的底层写入函数来实现的。

2、对于与可寻址文件（例如磁盘文件，但不包括管道或终端）相关的输入流，调用

fflush() 会清除从底层文件中读取但尚未被应用程序使用的任何缓冲数据。

3、该流的开启状态未受任何影响。

4、如果流参数为 NULL，则 fflush() 函数会刷新所有打开的输出流。

返回值：成功返回0失败返回-1并且设置error

由于终端是行缓存模式，则上面那段程序可以做以下修改使其打印出内容：

int main() { printf("before while(1)\n"); while(1); printf("after while(1)\n"); return 0; }

结果：

也可以使用fflush来强制刷新缓冲区：

int main() { printf("before while(1)"); fflush(stdout); while(1); printf("after while(1)"); fflush(NULL); return 0; }

结果：

2.1.3 标准I/O合并系统调用

这里可以通过一个程序来说明标准I/O缓冲区合并系统调用的作用：

代码：可能打印出ababab

int main() { putchar('a'); write(1, "b", 1); putchar('a'); write(1, "b", 1); putchar('a'); write(1, "b", 1); return 0; }

结果：

命令：strace

这里介绍一个命令：strace + 可执行文件：用来看一个可执行文件的系统调用是如何发生的。使用此命令来查看这段程序使用的系统调用：

可以看到三次putchar被合并为了一次write系统调用，这种合并系统调用大幅降低内核态 / 用户态切换耗时