Linux-标准IO与文件IO简介

系统调用

• 也叫文件IO，由OS实现并提供给外部应用程序的编程接口（OS课程中叫程序接口）:api
• 是应用程序同系统之间数据交换的桥梁

C库函数printf的过程详解

• printf是无法直接操作硬件的，那它怎样把内容输出到显示器的呢？它做了一层层的向下的调用实现的
• 首先调用printf函数的这个进程会被OS分配一个0~4G的虚拟地址空间
  • 其中的内核区里有一个PCB进程控制块，其中包含着一个文件描述符表，它是一个有1024个元素的数组
  • 该数组的0，1，2分别对应标准输入、标准输出、标准错误，文件描述符int型值分别是0,1,2
  • 这3个文件描述符是默认打开的。而printf函数是一个标准输出函数，它对应着文件文件描述符1
• printf做了一个向下的调用：调用了Linux系统的API，面该API又分为以下几层
• 应用层：write(fd,"hello",5);
  • write函数拿了文件描述符STDOUT-1，要输出的字符串"hello"，及长度5
  • write函数调用一个sys_write()函数，会做一个从用户空间到内核空间的转换，write只能做用户区进行操作
• 系统调用层：sys_write(),在该层，sys_write函数又会调用一个设备驱动函数，它是在内核层的
• 内核层：设备驱动函数，通过设备驱动函数来操作硬件-显示器，这样就把内容输出了
  

文件IO与标准IO区别

• 文件IO响应速度快
• 标准IO吞吐量大

2种IO举例

int main()
{
    putchar('a');
    write(1,"b",1);
    putchar('a');
    putchar('a');
    write(1,"b",1);
    write(1,"b",1);
    printf("\n");
    return 0;
}
// 输出结果：bbbbaaaa
// strace ./target，可看到底层调用过程
write(1, "b", 1b)                        = 1
write(1, "b", 1b)                        = 1
write(1, "b", 1b)                        = 1
write(1, "aaa\n", 4aaa）                 = 4
// write为文件IO，即时读写，没有缓冲
// putchar为标准IO，有缓冲区，并不会立即输出，满足相应条件时一次性输出