文件读写与缓存机制
写文件：
1：stdio函数库
fopen/fwrite/fflush/fclose File* fp2: POSIX系统级别函数
open/write/close fd3：Windows系统级别函数
CreateFile/WriteFile/CloseHandle**同步数据到磁盘：**FlushFileBuffers、fsync
使用stdio函数库操作文件，标准库会在用户空间中维护一个缓冲区（缓存）。这种缓冲机制是为了提高性能，减少系统调用的次数，因为系统调用有一定的开销。
缓冲机制的工作原理
写操作：
当使用 fwrite()、fprintf() 等函数向文件写入数据时，数据首先被写入到标准库在用户空间中分配的缓冲区中。缓冲区满了之后，标准库会自动将缓冲区中的内容刷新到内核缓冲区上，并清空用户空间的缓冲区。也可以手动调用 fflush() 函数或 fclose() 函数来立即刷新缓冲区。
读操作：
当使用 fread()、fgets() 等函数从文件读取数据时，数据会被读入到用户空间的缓冲区中。之后的读操作会从缓冲区中读取数据，直到缓冲区中的数据被读完，才会再次从内核缓冲区读取新的数据块到缓冲区中。
C标准库提供了三种类型的缓冲
全缓冲（full buffering）：
对于那些能够定位（如磁盘文件）的文件，默认情况下使用全缓冲。缓冲区的大小通常较大，只有在缓冲区满时才刷新到内核缓冲区。
行缓冲（line buffering）：
对于标准输入/输出（如stdin、stdout），默认使用行缓冲。
当遇到换行符时，缓冲区中的内容会被刷新到内核缓冲区。无缓冲（no buffering）：
对于标准错误输出（如stderr），默认情况下不使用缓冲。
每次写入操作都会直接写入到磁盘。
实际写入磁盘
当数据被复制到内核缓冲区后，内核会根据其自身的调度策略决定何时真正将数据写入物理磁盘。内核通常会合并多个写入操作，以提高效率。此外，内核还可能延迟写入操作，直到有足够多的数据需要写入，或者直到某个特定的时间间隔过去。
强制写入磁盘
如果希望确保数据立即写入到物理磁盘上，而不是仅仅写入到内核缓冲区，需要使用特定的函数来同步内核缓冲区。在Windows中，可以使用 FlushFileBuffers() 函数来强制将内核缓冲区中的数据写入磁盘。在POSIX系统中，可以使用 fsync() 或 fdatasync() 函数来达到同样的目的。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
int main() {
int fd;
const char *filename = "testfile.txt";
const char *data = "Hello, POSIX!";
ssize_t bytes_written;
// 打开文件以写入模式
fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);
if (fd == -1)
{
perror("Failed to open file");
return 1;
}
// 写入数据
bytes_written = write(fd, data, strlen(data));
if (bytes_written != (ssize_t)strlen(data))
{
perror("Failed to write to file");
close(fd);
return 1;
}
// 强制将数据写入磁盘
if (fsync(fd) == -1)
{
perror("Failed to fsync");
close(fd);
return 1;
}
// 关闭文件
if (close(fd) == -1)
{
perror("Failed to close file");
return 1;
}
return 0;
}
文件写入磁盘完整流程：
第一步: 数据首先写入到用户空间缓冲区。
第二步: 当缓冲区满或显式调用刷新函数时，数据被复制到内核缓冲区。
第三步: 要确保数据实际写入到物理磁盘，需要使用 fsync()（POSIX）或 FlushFileBuffers()（Windows）来同步内核缓冲区。
面试题
写文件时进程宕机，数据是否会丢失？
答案：
-
使用stdio函数库，在进程宕机的时候，如果没有调用 fflush 或者 fclose 函数，那么数据丢失，如果调用了，就要看机器是否掉电，如果机器没掉电，那么数据不会丢失，如果机器掉电了，那么数据有可能丢失。
-
使用系统级别函数库，在调用write函数后进程宕机，如果机器没掉电，因为数据已经到了内核缓冲区，此时数据不会丢失；如果机器掉电，那么数据有可能丢失。
