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[7. 理解"一切皆文件"](#7. 理解“一切皆文件”)
[8.1 什么是缓冲区](#8.1 什么是缓冲区)
[8.2 为什么要引入缓冲区机制](#8.2 为什么要引入缓冲区机制)
[8.3 缓冲类型](#8.3 缓冲类型)
[8.4 FILE](#8.4 FILE)
[8.5 进一步的分析](#8.5 进一步的分析)
[8.7 标准错误](#8.7 标准错误)
[8.7.1 现象和操作](#8.7.1 现象和操作)
7. 理解"一切皆文件"
首先，在windows中式文件的东西，在Linux中也是文件；其次在一些windows中不是文件的东西，例如进程，从磁盘，显示器，键盘这样的硬件设备也被抽象成了文件，可以通过访问文件的方法访问他们获得信息；甚至管道，也是文件；后续的socket（套接字）这样的额东西，使用的接口跟文件接口也是一致的。
这样的好处是：**开发者需要一套 API 和开发工具，即可调取 Linux 系统中绝大部分的资源。****（也就是有了一套封装继承多态的体系，访问所有的方法时，使用的都是基类的所有的方法就可以完成所有设备的访问，因为基类指向不同的子类就调用子类不同的方法）**例如：Linux中几乎所有的读（读文件，读系统调用，读PIPE）的操作都可以用 read 函数来进行；几乎所有的更改（更改文件，更改系统参数，写PIPE）的操作都可以用 write 函数来进行。
值得关注的是，struct file中 的 f_op 指针指向了一个file_operations 结构体出来，这个结构体中的成员除了 struct* owner 其余的都是**函数指针。**该结构和 stuct file 都在 fs.h下。
**file_operation 就是把系统调用和驱动程序关联起来的关键数据结构，**这个结构的每一个成员都对应着一个系统调用。读取 file_operation 中相应的函数指针，接着把控制权交给了函数，从而完成了Linux设被驱动程序的工作。
上图中的外设，每个设备都可以有自己的 read、write，但不一定对应着不同的操作方法！！但通过 stuct file 下 file_operation 中的各种函数回调，让我们开发者只用file便可调用 Linux 系统中绝大部分的资源！！这便是 "Linux下一切皆文件" 的核心理解。
所以之前我们写的进度条，将进度条写到显示器的时候，其实数据将来字符串是要写到内核当中的，写到操作系统中，OS帮忙做刷新，调用显示器所具体的方法，刷新出去。
8.缓冲区
8.1 什么是缓冲区
缓冲区是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区。缓冲区根据其对应的是输入设备的还是输出设备，分为输入缓冲区和输出缓冲区。
8.2 为什么要引入缓冲区机制
- 读写文件时，如果不会开辟对文件操作的缓冲区，直接通过系统调用对磁盘进行操作(读、写等)，那么每次对文件进行⼀次读写操作时，都需要使用读写系统调用来处理此操作，即需要执行⼀次系统调用，执行⼀次系统调用将涉及到CPU状态的切换，即从用户空间切换到内核空间，实现进程上下文的切换，这将损耗⼀定的CPU时间，频繁的磁盘访问对程序的执行效率造成很大的影响。
- 为了减少使⽤系统调⽤的次数，提⾼效率，我们就可以采⽤缓冲机制。⽐如我们从磁盘⾥取信息，可以在磁盘⽂文件进行操作时，可以⼀次从⽂件中读出⼤量的数据到缓冲区中，以后对这部分的访问就不需要再使⽤系统调⽤了，等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取，这样就可以减少磁盘的读写次数，再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作，故应用缓冲区可大大提高计算机的运⾏速度。
- 又比如，我们使⽤打印机打印⽂档，由于打印机的打印速度相对较慢，我们先把⽂档输出到打印机相应的缓冲区，打印机再自行逐步打印，这时我们的CPU可以处理别的事情。可以看出，缓冲区就是⼀块内存区，它用在输⼊输出设备和CPU之间，⽤来缓存数据。它使得低速的输⼊输出设备和高速的CPU能够协调⼯作，避免低速的输入输出设备占用CPU，解放出CPU，使其能够高效率⼯作。
8.3 缓冲类型
标准I/O提供了3种类型的缓冲区。
- 全缓冲区：这种缓冲方式要求填满整个缓冲区后才进⾏I/O系统调用操作。对于磁盘⽂件的操作通常使用全缓冲的方式访问。
- 行缓冲区：在行缓冲情况下，当在输⼊和输出中遇到换行符时，标准I/O库函数将会执行系统调用操作。当所操作的流涉及⼀个终端时（例如标准输⼊和标准输出），使用行缓冲方式。因为标准I/O库每行的缓冲区长度是固定的，所以只要填满了缓冲区，即使还没有遇到换行符，也会执行I/O系统调用操作，默认行缓冲区的大小为1024。
- 无缓冲区：无缓冲区是指标准I/O库不对字符进⾏缓存，直接调用系统调用。标准出错流stderr通常是不带缓冲区的，这使得出错信息能够尽快地显示出来。
除了上述列举的默认刷新⽅式，下列特殊情况也会引发缓冲区的刷新：
- 缓冲区满时；
- 执行flush语句；
- 进程结束
8.4 FILE
因为IO相关函数与系统调用接口对应，并且库函数封装系统调用，所以本质上，访问⽂件都是通过fd访问的。
所以C库当中的FILE结构体内部，必定封装了fd。
8.5 进一步的分析
下面的板书是对上面有关缓冲区文字描述的代码和进一步分析：
运行结果：
打印出该字符串，3秒之后该进程结束。
没有 '\n' 的运行结果：
字符串并没有立即显示出来，3秒之后才显示出来：
实际上是先运行的是printf，再是运行的是sleep(3)。
代码验证语言级别的缓冲区空间确实存在？
上面代码输出的结果是：
进程退出时才会打印出我们写的所有内容（struct FILE中存储的数据）
确实是sleep(3)后，进程结束时，才将数据刷新到显示器中。
这个代码好比就是菜鸟驿站，缓存缓存，缓存到一定程度时数据量够了才做刷新（但上面的代码是进程结束时才进行刷新，菜鸟驿站是达到某一定的值才进行刷新，有点小区别）。
回到之前写的代码中：
运行结果：
将数据存在缓冲区中，本来应该是在进程退出时进行刷新，但是close(fd)；将文件关掉了，关掉了，还往哪里写呢？所以可以看到文件有，但是内容却没有。
将close(fd)注释掉：
不光有，文件的内容也刷新出来了：
因为没有关闭文件描述符，进程结束，自动刷新。
运行结果：
但是当我们将 log.txt 文件中的内容清空时，再次编译，将./a.out里面的内容重定向到 log.txt 时，查看 log.txt 文件内容，此时运行出的结果不一样：
这又是什么原因呢？？
所以之前我们写进度条的时候做刷新的时候，为什么看不到？其实是进度条信息是写到了文件缓存区中，后来又是进程退出，exit()和_exit()之间的区别：_exit()直接终止进程，exit()会fflush刷新stdout()内容就显示出来了。
是因为操作系统需要一个从用户空间拷贝到内核空间的一个代码，将数据拷贝到缓冲区中，所以设计了write()函数。
至此，用户将数据交给OS的文件缓冲区中，至此用户层就完成了对应的工作，那OS对文件缓冲区又是什么时候刷新呢？
解决下一个问题：
代码如下：
运行起来，查看此进程的id：
指向的就是标准输入、标准输出、标准错误。
/dev/pts/0 指向的就是进程启动的当前的终端。
怎么这里的都是显示器？不应该是键盘、显示器、显示器吗？
装的是虚拟机的话，获取的数据就是通过见键盘和显示器输入和输出，但是我们用的是云服务器，只有终端文件做输入输出
8.7 标准错误
8.7.1 现象和操作
运行结果：
再次操作：
为什么会出现这样的情况呢？
原因：
因为输出重定向修改的是向标准输出1号文件进行重写，因为1和2指向的是标准输出、标准错误，都是显示器文件，都往显示器上打印，printf 和 cout 都是向1号里面打的，perror 和 cerr 都是向2号里面打的。所以输出重定向是对1号进行重定向，2号没有影响，所以1号里面写进去了，2号里面没有写进去。【只做了标准输出的重定向，标准错误并没有重定向】
所以回答问题：为什么C++里面要提供 perror 、cerr 这样的接口呢？
因为这样的接口是往2里面打的，如果可以话，就可以将正常输出和错误输出进行分离！！！
分离操作：
此操作的意义：
将来在编程时，输出信息有正确的消息，有错误的消息，Debug代码时关注错误的消息，这就是语言要提供2号的原因！！！
所以，以前的 ./a.out > log.txt 是一种简写，完整的写法为：
./a.out 1> log.txt 2>error.txt 或是追加：./a.out 1>> log.txt 2>>error.txt
所以：
为什么所有的语言都提供C，也提供cerr，未来出错时，喜欢用perror来打印，就是未来支持重定向，就可以写在不同文件中，写在文件中自己分析文件就只看错误消息。
想把所有的信息重定向到一个文件，该如何操作？？
./a.out >log.txt 2 &1:
&1 把1号文件描述符表里面的内容取出来拷贝到2里面，此时2也指向了log.txt文件
再来理解下面的代码：
将1号文件关闭，打开log.txt，已经是全缓冲了，printf中的字符串是在用户缓冲区里，强制fflush是将用户缓冲区的数据刷新到内核，最后进程结束了，OS就把进程打开的所有文件都关掉，将文件内核的缓冲区刷新到外设，所以就可以看见了。