c - fread 和 fwrite 在处理内部缓冲区时有何不同？

Question

我继续读到 fread() 和 fwrite() 是缓冲库调用。在 fwrite() 的情况下，我知道一旦我们写入文件，它就不会写入硬盘，它会填充内部缓冲区，一旦缓冲区已满，它就会调用 write() 系统调用将数据实际写入文件。

但我无法理解这种缓冲在 fread() 的情况下是如何工作的。在 fread() 的情况下缓冲是否意味着，一旦我们调用 fread()，它将读取比我们最初要求的更多的数据，并且额外的数据将存储在缓冲区中(这样当第 2^nd fread() 发生时，它可以直接从缓冲区给它而不是去硬盘)？

我也有以下疑问。

1. 如果 fread() 像我上面提到的那样工作，那么首先调用 fread() 会读取等于内部缓冲区大小的数据吗？如果是这种情况，如果我的 fread() 调用请求的字节数超过内部缓冲区大小，会发生什么情况？
2. 如果 fread() 像我上面提到的那样工作，那意味着在 fread 的情况下肯定会发生对内核的至少一次 read() 系统调用()。但是在fwrite()的情况下，如果我们在程序执行期间只调用一次fwrite()，我们不能肯定地说write() 系统调用被调用。我的理解正确吗？
3. 操作系统会维护内部缓冲区吗？
4. fclose() 是否刷新内部缓冲区？

Answer 1

现代系统中有许多不同级别的缓冲或缓存。这可能是典型的:

• C 标准库
• 操作系统内核
• 磁盘 Controller (特别是如果使用硬件 RAID)
• 磁盘驱动器

当您使用 fread() 时，如果您要求的更少，它可能会要求 8 KB 左右。这将存储在用户空间中，因此在下一次顺序读取时没有系统调用和上下文切换。

内核也可以预读；有一些库函数可以提示如何针对您的特定应用程序执行此操作。操作系统缓存的大小可能为千兆字节，因为它使用主内存。

磁盘 Controller 也可以预读，并且在小型系统上可以有高达数百兆字节的缓存。它在预读方面做不到那么多，因为它不知道当前文件的下一个逻辑 block 在哪里(实际上它甚至不知道它正在读取什么文件)。

最后，磁盘驱动器本身有一个缓存，大概 16 MB 左右。像 Controller 一样，它不知道它正在读取什么文件。多年来，一个磁盘 block 为 512 字节，但最近随着数 TB 磁盘的出现，它变得更大(几 KB)。

当您调用 fclose() 时，它可能会释放用户空间缓冲区，但不会释放其他缓冲区。