【Linux】文件缓冲区
提到文件缓冲区这个概念我们好像并不陌生，但是我们对于这个概念好像又是模糊的存在脑海中，之间我们在介绍c语言文件操作已经简单的提过这个概念，今天我们不妨深入理解什么是文件缓冲区
一、缓冲区图解
二、自定义实现文件操作函数
通过自己实现库中的一些文件操作函数更加深入的理解文件缓冲区
自定义实现的myopen和库里面的open功能大致相同。mywrite和write大致相同。myclose和close大致相同，
通过自定义实现这些系统接口，可以更加深入的了解文件在进行读写的时候系统做了哪些事情。
mystdio.h
1 #pragma once
2
3 #include<stdio.h>
4
5 #define NUM 1024
6 #define BUFF_NONE 0x1
7 #define BUFF_LINE 0x2
8 #define BUFF_ALL 0x4
9
10 typedef struct MY_FILE
11 {
12 int fd;
13 int flags; //flush method 刷新方式
14 char outputbuffer[NUM]; //缓冲区
15 int current;
16
17 }MY_FILE;
18
19 MY_FILE* my_fopen(const char* path,const char* mode);
20
21 size_t my_fwrite(const void* ptr,size_t size,size_t nmemb,MY_FILE* stream);
22
23 int my_fflush(MY_FILE* fp);
24
25 int my_fclose(MY_FILE*fp);
mystdio.c
1 #include "mystdio.h"
2 #include<string.h>
3 #include<sys/types.h>
4 #include<sys/stat.h>
5 #include<fcntl.h>
6 #include<unistd.h>
7 #include<malloc.h>
8 #include<assert.h>
9
10 //fopen("xxx","a");
11 MY_FILE* my_fopen(const char* path,const char* mode)
12 {
13 //1.识别标志位
14 int flag=0;
15 if(strcmp(mode,"r")==0)flag|=O_RDONLY;
16 else if(strcmp(mode,"w")==0)flag|=(O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);
17 else if(strcmp(mode,"a")==0)flag|=(O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND);
18 else{
19 //other operator "r+" ,"w+" "a+"
20 }
21 //2.尝试打开文件
22 mode_t m=0666; //文件权限
23 int fd=0;
24 if(flag & O_CREAT)fd=open(path,flag,m);
25 else fd=open(path,flag);
26
27 if(fd<0)return NULL; //打开文件失败
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29 //3.给用户返回MY_FILE对象,需要构建
30 MY_FILE* mf= (MY_FILE*)malloc(sizeof(MY_FILE));
31 if(mf==NULL)
32 {
33 close(fd); //创建结构体失败，关闭文件，返回NULL
34 return NULL;
35 }
36
37 //4.初始化MY_FILE对象
38 mf->fd = fd;
39 mf->flags=0;
40 mf->flags |= BUFF_LINE;
41 memset(mf->outputbuffer,'',sizeof(mf->outputbuffer));
42 mf->current=0;
43 //mf->outputbuffer[0]=0; //初始化缓冲区
44
45 //5.返回打开的文件
46 return mf;
47 }
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50 int my_fflush(MY_FILE* fp)
51 {
52 //将用户层缓冲区中的数据，通过系统调用接口，冲刷给OS
53 assert(fp);
54 write(fp->fd,fp->outputbuffer,fp->current);
55 //...
56 fp->current=0;
57 return 0;
58 }
60 //返回实际写入的字节数
61 size_t my_fwrite(const void* ptr,size_t size,size_t nmemb,MY_FILE* stream)
62 {
63 //1.缓冲区如果已经满了，直接写入
64 if(stream->current==NUM)my_fflush(stream);
65
66 //2.根据缓冲区剩余情况，进行数据拷贝
67 size_t user_size= size*nmemb; //要写入多少数据
68 size_t my_size=NUM-stream->current; //缓冲区还剩多少空间
69
70 int writen=0;
71 if(my_size>=user_size)
72 {
73 //缓冲区剩余空间可以容纳要写入的数据
74 memcpy(stream->outputbuffer+stream->current,ptr,user_size);
75 //3.更新计数器字段
76 stream->current += user_size;
77 writen=user_size;
78 }else
79 {
80 memcpy(stream->outputbuffer+stream->current,ptr,my_size);
81 //3.更新计数器字段
82 stream->current+=my_size;
83 writen=my_size;
84 }
85
86 //3.开始计划刷新
87 //不发生刷新的本质就是不进行IO，不进行系统调用，所以my_write函数会调用非常快，数据暂时保存在缓冲区 中
88 //可以在缓冲区积压多份数据，统一进行刷新 本质：就是一次IO可以IO更多的数据，提高IO效率
89 if(stream->flags & BUFF_ALL)
90 {
91 if(stream->current==NUM)my_fflush(stream); //全缓冲
92 }else if(stream->flags & BUFF_LINE)
93 {
94 if(stream->outputbuffer[stream->current-1]=='')my_fflush(stream);
95 }else{}
96 return writen;
97 }
98
99
100 int my_fclose(MY_FILE*fp)
101 {
102 assert(fp);
103 //1.冲刷缓冲区
104 if(fp->current>0)
105 {
106 my_fflush(fp);
107 }
108 //2.关闭文件
109 close(fp->fd);
110 //3.释放堆空间
111 free(fp);
112 //4.指针置为NULL
113 fp=NULL;
114 return 0;
115 }
main.c
1 #include"mystdio.h"
2 #include<unistd.h>
3 #include<string.h>
4
5 #define MYFILE "log.txt"
6
7 int main()
8 {
9 MY_FILE* fp=my_fopen(MYFILE,"w");
10 if(fp==NULL)return 1;
11
12
13 const char* msg="hello my write";
14 int cnt=5;
15 //操作文件
16 while(cnt)
17 {
18 char buffer[1024];
19 snprintf(buffer,sizeof(buffer),"%s:%dn",msg,cnt--);
20 size_t size=my_fwrite(buffer,strlen(buffer),1,fp);
21 sleep(1);
22 printf("当前成功写入%lu个字节n",size);
23 }
24 my_fclose(fp);
25 return 0;
26 }
运行结果
三、强制刷新内核缓冲区（fsync）
将文件缓冲区的内容强制刷新到文件中。