本地檔案IO一般都是同步阻塞的

本地普通檔案IO一般關注的是快取，一般都是同步阻塞的。普通檔案的file descriptor是block也是POSIX標準。這點不同於網路IO，網路IO要考慮傳輸兩邊程序處理等，設計之初就提供了帶狀態檢測的非同步操作方式，本地檔案IO則必然要求高可靠性的。

利用系統呼叫, unbuffered I/O

不帶緩衝指的是每個read和write都呼叫了核心的一個系統呼叫。這些函式在呼叫的時候系統呼叫直接進行了磁碟檔案的寫入操作。

#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    char
 
* buffer = "hello, world\n";
    write(1, buffer, strlen(buffer));
    return 0;
}

打斷點可以看是直接呼叫的系統呼叫

(gdb) pt write
type = int ()
(gdb) bt
#0  write () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:81
#1  0x00000000004005ad in main () at main.c:6

利用C標準庫, buffered IO

標準IO提供快取的目的是儘可能減少使用read, write呼叫的數量。

標準IO庫處理很多細節，如快取分配，以優化長度執行I/O，是在系統呼叫函式基礎上構造的，便於使用者使用。標準IO函式fopen

標準輸入、標準輸出和標準出錯這三個標準IO流通過預定義檔案指標 stdin, stdout, stderr 加以引用。這三個檔案指標同樣定義在標頭檔案<stdio.h>中。

如：函式fputs將一個以null符終止的字串寫到指定的流，終止符null不寫出。

#include <stdio.h>

int main() {
    char* buffer = "hello, world!\n";
    fputs
 
(buffer, stdout);
    return 0;
}

打斷點看最終還是用的作業系統呼叫

(gdb) pt write
type = int ()
(gdb) bt
#0  write () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:81
#1  0x00007ffff7a8de53 in _IO_new_file_write (f=0x7ffff7dd4400 <_IO_2_1_stdout_>, data=0x7ffff7ff7000, n=14) at fileops.c:1261
#2  0x00007ffff7a8f32c in new_do_write (to_do=14, data=0x7ffff7ff7000 "hello, world!\n", fp=0x7ffff7dd4400 <_IO_2_1_stdout_>)
    at fileops.c:538
#3  _IO_new_do_write (fp=[email protected]=0x7ffff7dd4400 <_IO_2_1_stdout_>, data=0x7ffff7ff7000 "hello, world!\n", to_do=14)
    at fileops.c:511
#4  0x00007ffff7a8f703 in _IO_new_file_overflow (f=0x7ffff7dd4400 <_IO_2_1_stdout_>, ch=10) at fileops.c:876
#5  0x00007ffff7a9055c in __GI__IO_default_xsputn (f=[email protected]=0x7ffff7dd4400 <_IO_2_1_stdout_>, data=data@entry=0x400624,
    n=[email protected]=14) at genops.c:480
#6  0x00007ffff7a8e532 in _IO_new_file_xsputn (f=0x7ffff7dd4400 <_IO_2_1_stdout_>, data=<optimized out>, n=14) at fileops.c:1353
#7  0x00007ffff7a83614 in __GI__IO_fputs (str=0x400624 "hello, world!\n", fp=0x7ffff7dd4400 <_IO_2_1_stdout_>) at iofputs.c:40
#8  0x0000000000400593 in main () at main.c:5

其中stdout是標準庫定義的一個型別, 可以在標準庫原始碼看到, 也可以 gdb 看到起型別, 這個結構體中就有一個欄位是檔案描述符，也是1，可以很容易檢視

(gdb) pt stdout
type = struct _IO_FILE {
    int _flags;
    char *_IO_read_ptr;
    char *_IO_read_end;
    char *_IO_read_base;
    char *_IO_write_base;
    char *_IO_write_ptr;
    char *_IO_write_end;
    char *_IO_buf_base;
    char *_IO_buf_end;
    char *_IO_save_base;
    char *_IO_backup_base;
    char *_IO_save_end;
    struct _IO_marker *_markers;
    struct _IO_FILE *_chain;
    int _fileno;
    int _flags2;
    __off_t _old_offset;
    unsigned short _cur_column;
    signed char _vtable_offset;
    char _shortbuf[1];
    _IO_lock_t *_lock;
    __off64_t _offset;
    void *__pad1;
    void *__pad2;
    void *__pad3;
    void *__pad4;
    size_t __pad5;
    int _mode;
    char _unused2[20];
} *
(gdb) p stdout->_fileno
$1 = 1

一點有趣的地方, cd /usr/include/ 看 stdio.h 原始碼有下面一處註釋，very funny, make them happy :)

/* Standard streams.  */
extern struct _IO_FILE *stdin;          /* Standard input stream.  */
extern struct _IO_FILE *stdout;         /* Standard output stream.  */
extern struct _IO_FILE *stderr;         /* Standard error output stream.  */
/* C89/C99 say they're macros.  Make them happy.  */
#define stdin stdin
#define stdout stdout
#define stderr stderr

標準IO三種類型的快取

1. 全快取。在這種情況下，當填滿標準IO快取後才進行實際IO操作。對於駐在磁碟上的檔案通常是由標準IO庫實施全快取的。
2. 行快取。在這種情況下，當在輸入和輸出中遇到新行符時，標準IO庫執行IO操作。兩個限制：第一個是：因為標準IO庫用來收集每一行的快取的長度是固定的，所以只要填滿了快取，那麼即使還沒有寫一個新行符，也進行IO操作。第二個是：任何時候只要通過標準輸入輸出庫要求從(a)一個不帶快取的流，或者(b)一個行快取的流（它預先要求從核心得到資料）得到輸入資料，那麼就會造成重新整理所有行快取輸出流。
3. 不帶快取。標準IO庫不對字元進行快取。相當於用write系統呼叫, 如標準出錯流stderr通常是不帶快取的，這就使得出錯資訊可以儘快顯示出來。

ANSI C要求下列快取特徵：
- 當且僅當標準輸入和標準輸出並不涉及互動作用裝置時，它們才是全快取的。
- 標準出錯決不會是全快取的。