c - 为什么在 Linux 字符驱动读取调用中 size 总是 = 4096？

Question

我一直在研究网络上的 Linux 字符驱动程序示例，但遇到了我无法解释的行为。

static ssize_t my_read(struct file *f, char __user *user_buf, size_t cnt, loff_t* off)
{
   printk( KERN_INFO "Read called for %zd bytes\n", cnt );
   return cnt;
}

无论用户空间调用读取的字节数是多少(例如..

[11043.021789] Read called for 4096 bytes

但是，用户空间的read调用

retval = fread(_rx_buffer, sizeof(char), 5, file_ptr);
printf( "fread returned %d bytes\n", retval );

用户空间的输出是

fread returned 5 bytes.

为什么 my_read 中的大小值总是 4096 而 fread 中的值却指示 5 ？我知道我缺少一些东西，但不确定是什么......

Answer 1

尝试 read(2) (在 unistd.h 中)它应该输出 5 个字符。使用 libc(fread(3)、fwrite(3) 等)时，您使用的是内部 libc 缓冲区，它通常是一个页面的大小(几乎总是 4 kiB)。

我相信你第一次为 5 个字节调用 fread() 时，libc 会执行一个 4096 字节的内部 read() 和下面的 fread( ) 将简单地返回 libc 已经在与您使用的 FILE 结构关联的缓冲区中的字节。直到达到 4096。第 4097 个字节将发出另一个 read 4096 字节等等。

这也会发生在你写的时候，例如当使用 printf() 时，它只是 fprintf() 和 stdout() 作为它的第一个参数。 libc 不会直接调用 write(2)，而是将您的内容放入其内部缓冲区(也是 4096 字节)。如果你调用它会刷新

fflush(stdout);

您自己，或任何时候它在发送的字节中找到字节 0x0a(ASCII 中的换行符)。

试试吧，你会看到:

#include <stdio.h> /* for printf() */
#include <unistd.h> /* for sleep() */

int main(void) {
    printf("the following message won't show up\n");
    printf("hello, world!");
    sleep(3);
    printf("\nuntil now...\n");

    return 0;
}

但这会起作用(不使用 libc 的缓冲):

#include <stdio.h> /* for printf() */
#include <unistd.h> /* for sleep(), write(), and STDOUT_FILENO */

int main(void) {
    printf("the following message WILL show up\n");
    write(STDOUT_FILENO, "hello!", 6);
    sleep(3);
    printf("see?\n");

    return 0;
}

STDOUT_FILENO 是标准输出 (1) 的默认文件描述符。

每次出现换行符时刷新对于终端用户即时看到消息是必不可少的，也有助于逐行处理，这在 Unix 环境中经常进行。

因此，即使 libc 使用 read() 和 write() 系统调用直接填充和刷新其缓冲区(顺便说一下，C 标准的 Microsoft 实现库必须使用 Windows 的东西，可能是 ReadFile 和 WriteFile)，那些系统调用绝对不知道 libc。当同时使用两者时，这会导致有趣的行为:

#include <stdio.h> /* for printf() */
#include <unistd.h> /* for write() and STDOUT_FILENO */

int main(void) {
    printf("1. first message (flushed now)\n");
    printf("2. second message (without flushing)");
    write(STDOUT_FILENO, "3. third message (flushed now)", 30);
    printf("\n");

    return 0;
}

哪些输出:

1. first message (flushed now)
3. third message (flushed now)2. second message (without flushing)

(第三个在第二个之前!)。

另请注意，您可以使用 setvbuf(3) 关闭 libc 的缓冲.示例:

#include <stdio.h> /* for setvbuf() and printf() */
#include <unistd.h> /* for sleep() */

int main(void) {
    setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);
    printf("the following message WILL show up\n");
    printf("hello!");
    sleep(3);
    printf("see?\n");

    return 0;
}

我从未尝试过，但我猜你可以对 fopen() 字符设备时得到的 FILE* 做同样的事情，并禁用 I/O 缓冲这个:

FILE* fh = fopen("/dev/my-char-device", "rb");
setvbuf(fh, NULL, _IONBF, 0);