Linux基础IO(二)

Linux基础IO(二)

缓冲区

为什么会有缓冲区

其实缓冲区的意义是节省进程进行数据 IO 的时间。

怎么理解呢？我来举个例子：

孩子上大学了，学校里的水果又很贵，孩子给家里人说了，家里人知道了要给孩子每隔一段时间送点水果。下面有两个选项：

• 1.亲自开车给孩子送
• 2.发快递

相信大家大部分人会选择发快递吧，这样既省时间，又省事。

当然操作系统也是这样做的，它也有自己的缓冲区。当我们刷新用户缓冲区的数据时，并不是直接将数据直接刷新到磁盘或显示器上，而是先刷新到OS缓冲区，然后由操作系统将数据刷新到磁盘或者显示器。

缓冲区刷新策略

• 无缓冲：缓冲区一出现数据，立即刷新

• 行缓冲：缓冲区每出现一行数据就刷新一次

• 全缓冲：缓冲区被填满后再刷新

还有两种方式强制刷新缓冲区：

• fflush()等函数
• 进程退出

为什么会有缓冲区刷新策略呢？

因为操作系统要求的是高效：一次写入外设等设备的时间消耗是远小于多次写入外设的效率的。其中时间消耗大部分是在等待外设就绪，例如缓冲区等待磁盘的时间就远小于缓冲区数据写入磁盘的时间，比如10秒时间内。9秒的时间是在等磁盘准备就绪，1秒是在写入数据。

操作系统可是个聪明人，它可不会傻傻的浪费自己宝贵的时间。

我们通过一段代码来加对深缓冲策略的理解：

int main()
{
    printf("aaaaaaaaaaaaaa\n");
    fputs("bbbbbbbbbbbbbb\n", stdout);

    write(1, "xxxxxxxxxxxxxx\n", 14);

    fork();
    return 0;
}

在我们直接运行程序时：

但是当我们重定向进文件时：

• 第一种情况是行缓冲，我们每使用的\n都是行缓冲。
• 第二种情况是全缓冲，因为我们把程序重定向到一个文件中，文件是全缓冲，又因为我们使用fork创建了一个子进程，而进程间互不干扰，所以都会打印一次字母a和字母b。而字母x是系统调用write，我们可以看作系统是没有缓冲区的(其实有，只是我们并不清楚规则)所以只打印一次。

系统有缓冲区吗？

用户写入数据到外设，先将数据写入系统缓冲区，再由系统刷新到外设中。

因为操作系统是进行软硬件资源管理的软件，再加上我们之前学过的层级结构图(具体细节请看我之前写过的初识操作系统的文章)，用户区的数据要刷新到具体外设必须经过操作系统，所以操作系统是肯定有自己的缓冲区的。

文件系统

文件分为磁盘文件和内存文件，我们之前一直说的都是内存文件，下面我们来谈谈磁盘文件。

什么是inode

我们都知道文件=内容+属性，其中内容就是数据，属性就是文件名、创建日期和文件大小等。

我们输入ll命令可以查看当前路径下的文件：

文件属性是这样的：

我们还可以查看这些文件的inode

[wsj@VM-8-4-centos day03]$ ll -i
//或者
[wsj@VM-8-4-centos day03]$ ls -i -l

inode到底是什么呢？

inode是一个保存元信息的结构，且因为系统中有大量的文件，为了区分每个文件，就给每个文件一个inode号，这个inode号就和我们每个人有自己的身份证号一样。

所以说inode是一个文件属性的集合。

软硬链接

软链接

我们可以通过以下命令创建一个软链接：

[---@VM-8-4-centos day03]$ ln -s mycode a_mycode

我们通过ls -l -i可以看到软链接的文件和源文件的inode是不同的，而且文件大小也是差异很大的。

软链接又叫做符号链接，软链接文件相对于源文件来说是一个独立的文件，它有自己的inode号，但是该文件只包含了源文件的路径名，所以软链接文件的大小要比源文件小得多。

其实软链接就类似于Windows操作系统当中的快捷方式。

所以说，运行源文件和运行快捷方式(软链接)是一样的结果。

硬链接

[---@VM-8-4-centos day03]$ ln mycode b_mycode

我们通过ls -l -i可以看到软=硬链接的文件和源文件的inode是相同的，而且文件大小差不多一模一样，硬链接个数也从1变成了2。

硬连接其实就是文件的一个别名，硬链接个数就是文件别名的个数。

和软连接相比，硬链接的源文件被删除后，硬链接仍然可以执行。

硬链接可以让多个不在或者同在一个目录下，能够修改同一个文件，且其中一个修改后，所有与其有硬链接的文件都一起修改了。

热知识

当我们创建一个普通文件时，他的硬链接是1，而我们创建一个目录文件他的硬链接是2，这是为什么？

原因是该dir目录下必须有有两个隐藏文件.和..。它们分别是上级目录和当前目录，这就是我们常看别人用的cd ..的原理。(inode也是相同的)

总结

1. 软链接有独立的inode，硬链接没有。
2. 软链接不能独立运行，硬链接能独立运行。
3. 软链接相当于快捷方式，硬链接本质没有创建文件，只是对当前文件的复制加上对原来inode的映射，并写入当前目录。

文件的三个时间

• Access：最后访问时间
• Modify：文件最后修改时间
• Change：属性最后修改时间

[---@VM-8-4-centos day03]$ stat day03.cc

一般来说，Modify改变会引起Change一起变。因为修改文件内容时，文件的大小一般也会随之改变。但是Change改变却不会引起Modify改变，因为修改文件属性一般不会影响到文件内容。

使用touch命令可以将文件都更新为最新时间。

动静态库

什么是动静态库

• 动态库：程序在运行的时候才去链接动态库的代码，多个程序共享使用库的代码。（*.so）
• 静态库：程序在编译链接的时候把库的代码链接 (拷贝) 到可执行文件中，程序运行的时候将不再需要静态库。（*.a）

怎么理解动静态库

原理

生成一个可执行程序需要经过：预处理、编译、汇编、链接，4个阶段。

最终在汇编完成后就会*.o文件，将这样的经常使用的多个*.o文件组合起来就是一个简单的库。因为当需要使用到这个库中的哪个*.o文件，我们直接进行最后一步链接就行，省去了前3个步骤。

实际上，库都是这样做的。把常用的头文件或者函数调用汇编后组合成一个库，以供大家方便使用。

使用

我们可以通过以下命令查看可执行文件链接的库：

[---@VM-8-4-centos day03]$ ldd mycode

我们可以通过ls命令查看libc.so.6库的情况：

[wsj@VM-8-4-centos day03]$ ls /lib64/libc.so.6 -l

我们还可以通过以下命令来查看这个库的详细信息：

[---@VM-8-4-centos day03]$ file /lib64/libc-2.17.so

我们可以看到这是一个动态库，而且还是一个共享的目标文件库。

我们使用的gcc/g++都是动态链接的，如果想要静态链接，我们要在编译时加上-static。

我这边直接加在makefile里：

这样我们make生成的就是静态链接的可执行程序了。

这可比我们之前生成的动态链接的可执行程序大多了，但是它不依赖其他的库。

我们再使用file命令，也能看出它是一个静态链接的可执行程序。

制作一个库

前置准备

add.h

#pragma once

#include 

extern int add(int x, int y);

add.c

#pragma once
#include "add.h"
int add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

sub.h

#pragma once

#include 

extern int sub(int x, int y);

sub.c

#pragma once
#include "sub.h"

int sub(int x, int y)
{
    return x - y;
}

main.c

#include "add.h"
#include "sub.h"

int main()
{
    int a = 10, b = 20;
    int c = add(a, b);
    int d = sub(a, b);
    printf("%d + %d = %d\n", a, b, c);
    printf("%d - %d = %d\n", a, b, d);
    return 0;
}

自制静态库

首先，我们将它们汇编为可重定向二进制目标文件：

gcc -c *.c -o *.o

然后，我们使用以下命令将目标文件打包为静态库：

• ar命令是gnu的归档工具，常用于打包静态库
• -r：如果静态库文件当中的目标文件有更新，就用新的目标文件替换旧的目标文件。
• -c：生成静态库文件。
• -t：列出静态库中的文件。
• -v：显示详细的信息。

[---@VM-8-4-centos day03]$ ar -rc liblocal.a add.o sub.o

我们可以使用-v-t选项查看生成的静态库的详细信息：

[wsj@VM-8-4-centos day03]$ ar -vt liblocal.a

最后，将头文件和生成的静态库联系起来。

[---@VM-8-4-centos day03]$ mkdir -p mymathlib/include
[---@VM-8-4-centos day03]$ mkdir -p mymathlib/lib
[---@VM-8-4-centos day03]$ cp *.h mymathlib/include/
[---@VM-8-4-centos day03]$ cp liblocal.a mymathlib/lib/

使用自制的静态库

将main.c和mymathlib移动到一个新的目录下。

使用gcc的选项-I和-L生成可执行程序。

• -I：指定头文件路径
• -L：指定库文件路径
• -l：指定路径下的哪一个库

[---@VM-8-4-centos day04]$ gcc -o mycode main.c -I ./mymathlib/include -L ./mymathlib/lib -l local

然后，我们正常运行即可。

我们也可以将我们的库拷贝到系统目录下，这样系统就可以找到我们使用的库，我们就不用指定路径了：

[---@VM-8-4-centos day04]$ sudo cp mymathlib/include/* /usr/include/
[---@VM-8-4-centos day04]$ sudo cp mymathlib/lib/liblocal.a /lib64/

自制动态库

首先生成*.o文件。

• -fPIC：形成位置无关码

[---@VM-8-4-centos day03]$ gcc -fPIC -c add.c sub.c

然后，使用-shared选项打包目标文件为库。

最后，将头文件和库联系起来。

[---@VM-8-4-centos day03]$ mkdir -p mymathlib/include
[---@VM-8-4-centos day03]$ mkdir -p mymathlib/lib
[---@VM-8-4-centos day03]$ cp *.h mymathlib/include/
[---@VM-8-4-centos day03]$ cp liblocal.so mymathlib/lib/

使用自制的动态库

将main.c和mymathlib移动到同一个目录下。

使用以下命令(和刚才使用静态库基本一样)：

[wsj@VM-8-4-centos day04]$ gcc -o mycode main.c -I ./mymathlib/include -L ./mymathlib/lib -l local

我们此刻执行后却是无法运行。

原因是生成的可执行程序依赖的动态库没有被找到。

解决方法：

方法1：将动态库拷贝到系统目录下。

sudo cp mymathlib/lib/liblocal.so /lib64

方法2：添加环境变量

[---@VM-8-4-centos day04]$ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/wsj/bit/day04/mymathlib/lib

方法3：配置/etc/ld.so.conf.d/

[---@VM-8-4-centos day04]$ echo /home/wsj/bit/day04/mymathlib/lib > matH.conf
[---@VM-8-4-centos day04]$ sudo cp matH.conf /etc/ld.so.conf.d

完成任意一种解决方法后运行即可。

感谢您的阅读，欢迎指正。