浅谈linux缓冲区的认识！

引言：
是什么？
从最简单的理解方面来，我们可以将缓冲区理解成一块内存！那么这块内存是从哪里来的呢？在linux中一般我们所说的缓冲区都是由C提供的语言级别的缓冲区！

干什么的？
那么缓冲区的作用主要是用来干什么的呢？可以从我们生活中的例子来理解！假设你的朋友小张下个月就要过生日了，你要送他一个生日礼物！但是你们两个距离很远！一个在西藏，一个在海南！如果让你自行将生日礼物送给他，那么无疑将会浪费你的很多成本！但是现实中存在快递站，只需要你下楼将礼物交付给快递站，然后由快递站代替你送过去即可！那么在本例子内，快递站的作用就是一个缓冲区的作用！

为什么要存在缓冲区？
根据上面提到的例子，很容易理解，因为有了快递站的存在，使我们方便了很多！所以类似于此，缓冲区存在的意义就是为了提高效率，减少我们的成本！

下面通过一段代码来证明一下缓冲区确实存在！

我们用户通常写程序在屏幕上打印一段文字的时候！其中就利用到了缓冲区！例如下面这个例子！

运行这段程序之后，显示屏上并没没有立刻打印出“hello linux”，这是为什么呢？根据我们所了解到的知识，程序是自上向下运行的，运行到sleep的时候，printf语句一定是执行过了，但是为什么没有打印出结果呢？根据此例子可以充分的证明缓冲区的存在！！既然证明了缓冲区的存在，那么我们将来一步一步的进行分析缓冲区的相关知识1

那么从系统角度来将该如何理解的呢？

从操作系统角度上来看！用户输入一段指令，该指令并没有直接传递到内核文件内存中！而是将用户输入的指令存放到了C提供的语言级别的缓冲区内！然后在C语言的缓冲区中经过刷新之后！再传递到内核结构中的文件缓冲区中！最后系统会定期的将内存的数据刷新到磁盘中！此阶段也可以称之为刷新！在此，我们提到了两个缓冲区，一个是用户层的C语言提供的语言级别的缓冲区，一个是内核结构中的内核文件缓冲区！一般我们所考虑的都是C语言提供的语言级别的缓冲区！

缓冲区的一些特性：
根据缓冲区能够存储一定的数据可以推出：缓冲区一定存在着刷新的方式！

1.无缓冲（立即刷新！）

2.行缓冲（行刷新！）

一般对于显示器文件，都是基于行缓冲的模式！

3.全缓冲（存放满然后进行刷新！）

对于磁盘文件，都是基于全缓冲的方式！

那么根据以上的特征，缓冲区也会有着特殊的情况！

1.强制刷新！

2.进程退出后，会自动进行刷新！（无论是否满足刷新的条件！）

实例：充分理解缓冲区
下面通过一段代码来充分理解缓冲区中的行缓冲和全缓冲！

上面代码运行过后，每行代码都打印了出来！这是为什么呢？刚才不是还说是存在缓冲区的么？其实不难理解，因为每段代码都有了\n换行符，强制让缓冲区内的数据进行刷新！所以数据都原样的打印了出来！！

那么将上面的代码经过简单的修改就会出现另外一种结果！

经过上面代码简单的修改，我们发现C函数的调用都打印了两次，而是用系统调用的write确只调用了一次！这是为什么呢？其实很简单！

我们可以看出，我们将输出结果由原来的行缓冲转化成了全缓冲（因为将结果打印到了log.txt文本文件中，文本文档默认为全缓冲的刷新方式！）所以只有当将缓冲区填满的时候，才会进行刷新！才能打印到显示屏中！又因为调用了fork函数，创建了新的子进程！根据fork的特性会继承父进程的代码和数据块！因为此时代码仍然在缓冲区内！所以子进程也会继承这些相同的代码和数据块！然后当一个进程结束后，就会发生写时拷贝！这是因为当一个进程退出的时候，一般都会对缓冲区的数据进行刷新，那么算不算清空或写入的操作呢？答案是肯定的！当时算！所以就会发生写时拷贝！所以可以推出，一旦一个进程退出，那么就会发生写时拷贝！

根据上图结果看出，系统调用write只打印了一次！从这里可以推出：write没用使用C语言的缓冲区！因为C语言的一些函数，大多都是对系统调用的封装！大多都是因为封装的原因！而导致他们使用C提供的缓冲区！而系统调用处于内核级别，在用户级别的下面，直接将数据写入到内核文件系统中！所以不使用C提供的缓冲区！

实例中的主要知识点：
1.当我们直接向显示器打印的时候，显示器文件的刷新方式是行刷新！而是我们的代码输出的所有字符串，都有\n，fork之前，数据已经全部被刷新！包括systemcall！

2.重定向到log.txt之后，本质是向磁盘文件中写入(而不再是显示器里面！），我们系统对于数据的刷新方式已经由行刷新转化到了全刷新的方式！变成了全缓冲！

3.全缓冲意味着缓冲区变大，实际写入的简单数据，不足以将缓冲区填满！fork执行的时候，数据依然在缓冲区内部！

4.我们目前所谈的缓冲区，是和操作系统没有关系的！只能和C语言本身有关！！

5.C/C++提供的缓冲区，里面保存的一定是用户的数据！其属于当前进程运行的数据！但是如果当把数据交付给OS,这些数据就属于OS了，不再属于该进程了！

6.当进程退出的时候，一般会进行刷新缓冲区，即使我们的数据没有满足刷新条件！

证明缓冲区的存在以及其在内核中的结构！
既然我们都讲了这么多关于缓冲区的知识了，那么我们确实已经知道了缓冲区真实存在！那么能否让我看一看其到底是什么样子的呢？

通过以上函数，我们可以发现，大多的输入输出操作，以及文件的操作都用到了FILE该结构体！那么该结构体之中我们之前知道其包含了文件描述符fd，那么其是否介意再包含一个缓冲区的成员变量呢?答案是当然不介意的啦！

我们可以通过对FILE的观察来看一下缓冲区的真实存在！

我们通过grep指令来查看FILE的路径！然后在FILE内部继续进行查找，最后看到FILE内部有我们熟悉的文件描述符_fileno,以及我们今天所讲的缓冲区的内容！