缓冲区是一个很广义的概念,小到CPU、Cache和内存,大到大国之间,整个地球甚至整个宇宙都有各种缓冲区。一般而言,靠近硬件的编程语言更多关心缓冲区的实现和效率,越是高级或脚本语言虚拟程度越高,缓冲区似乎"不存在"或"被忘记",但内部依然实现无法摆脱操作系统或语言的缓冲区概念。
缓冲区的来源
计算机科学中,缓冲区产生的根本原因就是不同硬件处理速度有代差,无法调和,缓冲一下,让双方可接受。
缓冲和缓存
一个很容易被混淆的名词是”缓存”,一般而言,缓存代表Cache, 为CPU为了提高处理速度,在CPU和主存之间加入的硬件模块,一般隶属于CPU内部。
缓冲区分类
- 按使用环境,有用户态缓冲区和内核态缓冲区。
- libc fflush函数控制用户态缓冲区刷新,而fsync控制内核态缓冲区刷新,二者是独立的。
输入输出缓冲区
- libc为了优化性能,在用户空间加了缓冲区,以缓冲用户空间和内核数据交换,毕竟用户和内核态切换不像单条指令那么轻松。
- 用户一般看log按行,程序只输出一个字符不至于就传递给内核再展示出来,所以,用户态会缓冲此字符,等到接收到换行符才一起传递给内核。
- 用户输入的情形类似,用户输入一行,但scanf每次可能只要一个整数或一个char, 内核一次给用户态一行足够程序要的N笔数据,这个过程不需要内核用户态转换。
- 内核为了避免每次读写都从设备操作,也设计了输入输出缓冲区,以提高性能。
- Java/C#/Python等高级语言提供*Buffer*之类的类库,用于文件缓冲读写,事实上,基本没有其他形式的文件读写支持,因为其他方式更没效率。
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