1.1 文件打开和读写的基本过程
读、写文件第一件事都是把文件内容从磁盘加载内核级缓冲区，因为CPU是没有办法去访问磁盘的，如果访问某一个文件时，其缓冲区为空，那么就需要阻塞进程（比如scanf，如果键盘不输入的话，进程就会一直阻塞），但如果访问的是普通文件，阻塞的时间都很短，短到用户感知不到，由操作系统去进行相应的处理（因为把内容从磁盘加载到内存，本质上涉及的是对硬件的处理，而操作系统是软硬件资源的管理者，只有OS有这个权限），把磁盘文件内容加载到文件缓冲区之后，再唤醒进程
无论是read还是write，都是系统调用，调用OS来为用户服务
如果是读的话，先把磁盘文件加载到内核级缓冲区，把缓冲区的内容拷贝到用户数据
如果是写的话，先把磁盘文件加载到内核级缓冲区，将用户数据拷贝到缓冲区（新内容覆盖旧内容达到修改的效果，或者是删除和增加），再刷新到磁盘
无论是从磁盘中加载，还是把内容同步到磁盘，都是由struct file中的函数指针来处理，这些函数指针指向的是硬件的各种操作方法
如果在打开文件的时候，选择O_TRUNC选项，也就是先把文件清空，这时候没有必要把文件内容加载到磁盘，将文件属性的文件大小清零即可
所以write，read等系统调用的本质是拷贝函数
但是，系统调用是有代价的，会涉及到用户态和内核态之间的切换🔄，中断等，而OS有很多工作要做，如果文件操作频繁的进行系统调用，会导致CPU的效率降低，大部分时间用于切换开销而非实际业务逻辑。比如C++中stl的vector或者空间配置器扩容一般是2倍扩，而不是用户申请多少字节，就扩充多少字节，因为每一次扩容都是有成本的，要进行系统调用，使用malloc/new，至少要改变堆的vm_end也就是进程地址空间的分配，使用空间的话还要分配物理内存，而一次扩两倍，就可能把每次几个字节或几十个字节的扩容次数大大减少，核心就是有效减少系统调用次数，提高效率，说的是有效，在保证正确性等的情况下减少系统调用次数
那么C语言的设计者想，我们能不能减少系统调用次数呢？举个例子🌰，我们去菜鸟驿站寄快递，快递员不会因为1个或者2个快递来了就发车，因为运输开销远大于用户付的费用，那是怎么做的呢？等到快递数量达到一定程度，才发车，这样成本摊到每一个快递上，才能有机会盈利
那C语言是怎么做的呢？我们都知道C语言的缓冲区，我们在调用库函数比如printf向stdout写入的时候，本质不是直接写入到显示器的内核级文件缓冲区中，而是写入到了C语言的输出缓冲区中，当缓冲区满了或者符合一定的刷新规则才刷新，这样可以减少本来多次fprintf要进行的多次系统调用，也有输入缓冲区，本质是提高C语言IO函数的效率。
那么输入缓冲区和输入缓冲区在哪呢？我们知道向stdout和向log.txt写入的内容是不能混淆的，我们只是把本来多次进行的系统调用通过C语言缓冲区的缓冲，减少次数，每次多写入/读出一些内容，所以可以推断每个文件是有自己的语言级缓冲区的，如果多个文件用一个语言级缓冲区，缓冲区的内容如何区分是谁的呢？关闭文件的时候对缓冲区如何处理呢？所以每个文件有自己的输入缓冲区和输出缓冲区，也就是存在FILE结构体中
下面代码不会一开始就打印--------------------------------aaaa，而是在一段时间后才打印到显示器上，而且一次打印很多内容，此时是stdout的输出缓冲区满了，刷新缓冲区到内核级缓冲区，再有OS刷新到显示器
我们可以看到打开文件的时候没有加O_TRUNC选项，直接就是覆盖式写入，本质是把log.txt内容加载到内核级缓冲区，把"hello write"拷贝到内核级缓冲区覆盖刚开始的1111，内核级缓冲区内容刷新到log.txt
刷新的本质，语言缓冲区，拷贝到内核级缓冲区
stdout缓冲刷新的方式
1.显示器 行缓冲
2.文件 全缓冲
3.fflush强制刷新
行刷新测试，遇到\n，stdout调用write把stdout缓冲区的内容写到内核级缓冲区
全缓冲测试
10s内在命令行通过ctrl+c异常终止程序，C标准库用户缓冲区内容丢失，log.txt内容是空的
如果等待10s，程序正常结束，return之前自动关闭所有文件，fflush会强制刷新缓冲区，隐式调用write写到log.txt的内存级缓冲区
其实内核级缓冲区也要刷新到磁盘文件/显示器文件等，那么这个原理是一致的，OS向磁盘写入也是有代价的，因为磁盘速度比较慢，OS肯定会被磁盘的速度拖累，所以就出现了内核级缓冲区，缓冲区嘛，就是先把用户数据通过write写到内核级缓冲区，接着根据合适的刷新规则（比如内核级缓冲区满了），把内核级缓冲区的内容刷新到磁盘，内核级缓冲区也是独属于某个文件的，向磁盘刷新有直写（WT，write through）和WB(write back)两种方式，直写是缓冲区一有数据就刷新到磁盘，写回则是等OS有空了再写回
FILE
1.2 关于缓冲区的几种现象
1.2.1 缓冲区内容丢失
1.2.1.1 现象1
下面中关闭文件描述符1对应的文件，也就是显示器，此时最小没有被分配的文件描述符就是1，接着打开log.txt，把文件描述符1分配给log.txt，接着向stdout写入，stdout是C语言用户态malloc出来的结构体对象，存储的文件描述符是1，printf相当于向log.txt写入，但是由于C语言缓冲区的存在，hello open会写入到C语言缓冲区，接着关闭fd指向的文件，也就是文件描述符1对应的文件关闭了，在进程结束之，也就是return之前，C语言会把语言级缓冲区的内容尝试刷新到文件描述符1对应的内核级文件缓冲区，但是此时nd_array[1]为空，无法写入，导致C语言缓冲区的内容丢失，无论是显示器还是log.txt内容均为空
1.2.2.2 现象2
exit/_exit
看现象，在close(fd)之前调用exit结束进程，内容成功写到了log.xt，在close(fd)之前调用_exit结束进程，内容没有写到log.txt
可以这样说，C语言为自己的缓冲区负责，但是系统调用不为C语言的缓冲区负责，那么用户把内容交给C语言，C语言负责把内容交给系统，至于C语言如何缓冲那是C语言的事情，用户不关心，C语言为了效率可以暂时不把内容写到内核级缓冲区，但是最终会完成这件事情；
而C语言负责把用户数据拷贝到内核级缓冲区，对于C语言来说，就认为交给了磁盘等硬件，就好像用户把数据交给缓冲区就认为把数据交给了OS，但是内核级缓冲区什么时候刷新到磁盘，这是OS的事情，包括直写和写回，也可以强制刷新，可以使用下面的系统调用，因为内核级缓冲区是struct file指向的，而struct file是以fd为唯一标识的，所以使用的是fd
也就是说OS为自己的内核级缓冲区负责
1.2.2 多种向显示器的方式
1.2.2.1 现象3
使用库函数/系统调用向显示器写入（行缓冲）
使用库函数/系统调用向文件写入（全缓冲）
