Linux输入输出的I/O缓冲

    以前写C程序输入输出并没有特意关注过I/O缓冲区的问题。最近在学习fork的时候，发现I/O缓冲区是需要关注的一个细节问题。I/O缓冲区是Unix支持的一项标准，并且得到ISO C标准的支持。

其作用：

    标准I/O库提供缓冲的目的是尽可能减少外部设备数据读写read和write的次数，从而加快CPU的工作效率。

缓冲区的大小：

    缓冲区的大小等于外部块设备的一个块长大小时效率最好。所谓块设备，就是以一块一块的数据存取的设备；字符设备是一次存取一个字符的设备。磁盘、内存都是块设备，字符设备如键盘和串口。

    如果不想使用系统默认的缓冲区大小，可以使用setvbuf函数来自定义缓冲区大小。也可以用setbuf函数开/关缓冲机制。

缓冲区冲洗(flush)：
    缓冲区是一个数据暂存区，那么冲洗的意思就是“清仓”，将缓冲区当前的内容全部写到外部设备上去。该操作可由标准I/O例程自动flush，或者由程序员调用fflush函数。

    程序遇到“\n”（仅限行缓冲），或是EOF，或是缓冲区满，或是文件描述符关闭，或是主动flush，或是程序退出，就会把数据刷出缓冲区。

缓冲类型：

    标准I/O提供了三种类型，下面说下他们的概念和常用场合：

1、全缓冲

    在I/O操作时，只有当I/O缓冲区被填满时，才进行真正的I/O操作。对于全缓冲的缓冲区可由标准I/O例程自动刷新。还有一种方法就是调用函数fflush进行刷新。

    对于驻留在磁盘上的文件，通常由标准I/O库实施全缓冲。

2、行缓冲

    在I/O操作时，输入输出遇到换行符'\n'时进行，才进行真正的I/O操作。对于行缓冲，要注意量点：第一，标准I/O每一行缓冲区的最大长度是固定的，所以只要填满了缓冲区，即使没有遇到换行符也要冲洗缓冲区。第二，当使用行缓冲作输出缓冲区时，若输入流是不带缓冲区的流或者一个行缓冲区的流，那么要直接冲洗输出的行缓冲区。前者是因为不缓冲区的输入要求必须马上输出，后者是因为已经输入时做好了缓冲，不必重复缓冲。

    当流涉及到一个终端时，比如标准输入stdin和标准输出stdout，通常使用行缓冲。scanf、printf不直接调用系统调用，在用户空间维护一块行缓冲区，在适当的时候调用read、 write读写缓冲区。

3、不带缓冲

    底层函数数据读写函数read和write是不带缓冲区的，直接调用系统调用进行外部读写。标准出错流stderr是不带缓冲的，这样能使得错误信息尽快显示。

例子：下面加入sleep的例子有助于看出标准输出行缓冲的作用。

#include <stdio.h>void main(){for(int j=0;j<3;j++){for(int i=0;i<5;i++){printf("-");sleep(2);}sleep(2);printf("@\n");}}

注意：虽然上面说的都是输入输出。但实际上主要是在将标准输出，即内存数据写到外部终端设备。这是因为内存处理速度快，终端显示设备速度慢。与之相对应的情况，从键盘设备读到内存中，之间也有行缓冲区。所区别的是，当冲洗缓冲区的时候，缓冲区的内容会被丢弃，而不是读到内存中。这个并没有成为IOS C标准。所以APUE中没怎么提到。 （源自APUE第3、5章）