文件-语言-系统：基础IO-2.0——IO重定向接口，语言层缓冲区，系统级缓冲区。内核级分析！

int main()
{
    int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    //fd == 3
    dup2(fd, 1);
    printf("预备标准输出流内容\n");
    const char* s = "nihao\n";
    write(fd, s, strlen(s));
    close(fd);
    return 0;
}

运行发现显示器并未出现："预备标准输出流内容"的输出而是文件log.txt内被写入。

由此也可以体现：Linux作为独立于Win操作系统的存在，正是其操作系统默认打开的0：标准输入流，1：标准输出流及2：标准错误流。文字/符号/图形才得以显示。

输出重定向1和2的使用

文件描述符表

OS只识别文件fd：

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1：标准输出流

2：标准错误流

两者均是像显示器打印。

运行以下代码：

cpp 复制代码

#include <cstdio>
#include <iostream>

int main()
{
    //向标准输出进行打印，stdout，cin->1
    std::cout << "hello cout" << std::endl;
    printf("hello printf\n");

    //向标准错误进行打印，stderr，cerr->2,
    std::cerr << "hello cerr" << std::endl;
    fprintf(stderr, "hello stderr\n");

    return 0;
}

./a.out运行：

"./a.out >"默认重定向是fd == 1

err内容输出到屏幕：

./a.out 2 ：

合并标准输入输出

./a.out > log.txt 2 >&1：

错误方式：./a.out > log.txt 2 >> 1

缓冲区

什么是缓冲区？

简单理解：缓冲区是一块内存区域。

缓冲区的意义？

尽量集中数据、同时处理，提高交互效率。

语言与系统中的缓冲区

语言层系统层分别有自己的缓冲区，两者缓冲区的关系是各自独立但间接相关。

语言级

缓冲区刷新条件：

1.强制刷新。如：fflush()函数

2.满足特定条件自动刷新。例：缓冲区满、行刷新/行缓冲"\n"。

3.进程退出。如：程序结束、exit(-1)强制退出。

文件操作

语言对文件的操作本质是系统对磁盘的IO管理，因此涉及到语言层缓冲区与系统层缓冲区的交互。

（非全缓冲是行缓冲（一般缓冲））语言缓冲区到系统缓冲区传递条件：fd（文件标识符）+ 系统调用（像：write()）

printf/fprintf/fwrite/fputs均是库函数，本质内部均封装 "write"。

也就是说若fd使用close提前关闭就会输出混乱。

fd未提前关闭：

fd提前关闭：

语言采用行刷新后关闭

不会输出在fd：

原因及解决方案：

\n 触发行缓冲刷新是 C 标准 I/O 行为 而不是文件描述符的概念 ，前提是 stdout 被终端关联且缓冲模式是行缓冲。如果你发现 log.txt 没有内容，说明 stdout 在程序启动时就不是行缓冲（例如被重定向或从非终端启动），应使用 fflush(stdout) 强制刷新。

系统调用接口较于库函数的强关联性

write为例：

将buf内容写到fd指向的文件内

cpp 复制代码

#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

显示器与文件操作下的对比：

代码：

cpp 复制代码

void test4()
{
    //三种库函数写入到显示器
    printf("printf\n");
    fprintf(stdout, "fprintf\n");
    const char* s = "fwrite\n";
    fwrite(s, strlen(s), 1, stdout);

    //系统调用
    const char* ss = "write\n";
    write(1, ss, strlen(ss));
}

显示器：

文件：

为什么stdout下write在最后打印到文件内却是第一个打印呢？

原因：因为语言层IO想要进入文件必须经"语言---系统层面"的区域转换，作用时"write系统调用"下距离OS缓冲区更近，因此优于库函数写入到文件内。而呈现出虽然代码从上向下执行但系统调用优先特殊逻辑关系链。

父子进程分别退出导致语言层缓冲区双倍刷新

cpp 复制代码

int main()
{
    //库函数
    printf ("hello printf\n");
    fprintf (stdout, "hello fprintf\n");
    const char *s = "hello fwrite\n";
    fwrite (s, strlen (s), 1, stdout);

    //系统调用
    const char *ss = "hello write\n";
    write (1, ss, strlen (ss));

    //???
    fork();
}

运行：

原因：

PCB下双层退出导致二次刷新，从而形成了文件IO双倍的现象：

为什么设计"语言层"与"系统层"缓冲区分离的机制？

系统调用是操作系统亲临执行任务，操作系统是最忙的存在。简而言之：**系统调用成本太高！**的像malloc时顺序表时两倍的扩容机制、vector、tcmalloc等设计均是为优化这一影响而设计出的解决方案。

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