原理讲解有缓冲I/O与无缓冲I/O的区别

当你看完这篇文章若是不能理解什么是带缓冲的I/O与无缓冲的I/O的区别，随意喷!!!

当你学习Unix高级编程时会遇到不带缓冲的I/O函数，比如open、read、write、lseek、close等等，那这与带缓冲的I/O有什么区别？？？？

我们得先说说什么是 高速缓冲存储器， 先别急慢慢看，看不懂算我输！！！这个东东对整个计算机性能的提升有很大的帮助，具体就涉及到两个器件的运行速度了，也就是cpu与内存的运行速度，想想也知道两个不同器件的运行速度肯定不一样，最基本的硬件架构都不一样。那这就有一个问题产生了，cpu的速度大于内存的，那要是cpu不挺的往内存的某一个地址写数据，由于内存的速度跟不上，那数据就会被覆盖了，所以解决方案就是在cpu与内存之间加一个 高速缓冲存储器， 高速缓冲存储器的速度介于cpu与内存之间，那就好办事了，cpu先把数据放在这个存储器上，然后内存向存储器取数据，然后发送到其他地方，在这段时间里，内存向存储器取的数据不会因为cpu速度过快直接被覆盖，而是放在了 高速缓冲存储器 上，带内存再次取数据时间就够了！！！

同样的道理用在磁盘上，比如你写了一个进程，这个进程不挺的向磁盘写数据，若是进程发送的数据过快，磁盘在写的过程中就极有可能会被新的数据所覆盖，所以就出现了所谓的 磁盘高速缓存 来做缓冲，它其实是内存的一部分，也就是我们所说的内存条的一部分，当做缓冲，这就是它的实际的物理意义：就是内存的一部分。那这有什么好处？？？想想也知道好处大得很，说说原理，有个概念叫 局部性原理。局部性原理包含很多的局部性，比如时间的局部性，就是说进程A在t0时刻访问磁盘的某一地址，在t0+t1时刻又来访问，就叫时间的局部性。 若是访问的次数特别多，访问的时间的间隔特别短，那么进程A就要不挺的访问磁盘，就好比出家门玩的时候，你忘记带某一东西，你回去拿，忽然发现又忘记带了，这个时候你肯定想要是有人帮我拿了，在送的路上就好了不必在回家，同样的道理在进程A与磁盘之间，若是频繁访问某一地址，通过 磁盘高速缓存来把数据存起来后方便以后在访问，更何况现在是变成了进程A直接与磁盘高速缓存（或者说内存）之间的访问了，这不更快了吗！！！ 所以一般出现一个某一个特定扇区的I/O请求时，这个请求会先查看所要访问的数据在不在缓存里面，在就访问，不在就把这个扇区的数据先拷贝到缓存里面，然后在访问缓存里面的数据。

是不是感觉又理解了一点操作系统的小知识，我们继续说！！！那上面这些与I/0有无缓冲有什么联系？？？

对于带缓冲的I/O通过一个叫 缓冲区高速缓存 最为缓存，其实它就是 磁盘高速缓存。 若是用户进程要访问某一个设备，注意不一定是磁盘，任何一个设备，由于每个I/O设备都与一个特殊文件相关联，而文件由文件系统所管理，所以对文件的I/O操作，就相当于对设备的操作了；而文件放在磁盘上，而且 磁盘高速缓存（内存的一部分）又是被用来作为磁盘的缓存，所以某一设备（文件）的缓存可以是磁盘高速缓存（内存的一部分）其中的一部分！！！如下图所示：

这里可以是任意的设备

这个缓冲区就是 磁盘高速缓存（内存的一部分）其中的一部分的缓存。 某一进程通过文件系统接口向设备对应的文件写数据，文件系统把数据先存在缓存器中，然后发送到设备驱动程序控制设备。设备由所对应的控制器（可以简单的理解为寄存器）所管理，学过单片机的都知道，简单往寄存器写数据就能控制设备了，比如串口，只要会了串口，蓝牙不在话下！！！若是把控制器里面的寄存器映射到内存（也就是所谓I/O映射），再加上 磁盘高速缓存 是内存的一部分，那不就是数据在内存之间变化了，速度就更快了！！！

而对于无缓冲的I/O就没有其中的缓冲了，也就是进程通过DMA直接与I/O设备交换数据了，但是执行无缓冲的I/0被锁定在内存，不能被换出，那么这部分内存不能用了，信息交流的就少了不少，导致整个系统的性能有所下降， 但是这是进程执行I/O最快的方法了！！！