为什么 Linux 字符驱动读取调用中的 size 总是 = 4096？

Question

我一直在研究网络上的 Linux char 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;
}

无论用户空间调用中指定要读取的字节数是多少，该消息始终指示cnt=4096字节（例如。

[11043.021789] Read called for 4096 bytes

但是，用户空间读取调用

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.

my_read 中的 size 值总是 4096 而fread 中的值是 5 怎么办？我知道我缺少一些东西，但不确定是什么......

Answer 1

试试read(2)（在unistd.h），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，当您第一次调用 fread() 5 个字节时，libc 会执行 4096 个字节的内部 read()，而下面的 fread() 将简单地返回 libc 在与 FILE 关联的缓冲区中已有的字节你使用的结构。直到达到 4096。第 4097 个字节将发出另一个 4096 字节的 read，依此类推。

这也会在您编写时发生，例如在使用printf() 时，这只是fprintf() 和stdout() 作为它的第一个参数。 libc 不会直接调用write(2)，而是将你的东西放在它的内部缓冲区中（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）。

试试看，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;
}

但是这会起作用（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查看消息至关重要，并且对于在 Unix 环境中经常执行的每行处理也很有帮助。

因此，即使 libc 直接使用 read() 和 write() 系统调用来填充和刷新其缓冲区（顺便说一下，C 标准库的 Microsoft 实现必须使用 Windows 的东西，可能是 ReadFile 和 @987654345 @)，那些系统调用绝对不知道 libc。当同时使用这两种方法时，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;
}

哪个输出：

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

（第二个之前的第三个！）。

另外，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，但我想你可以对 FILE* 执行相同的操作，当 fopen() 输入字符设备并为此禁用 I/O 缓冲时：

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