2024年10月21日 10:52

docs/notes/01_c-basic/07_xdx/index.md

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 ## 1.3 缓冲区
 
-### 1.3.1 概述
+### 1.3.1 如果存在缓冲区，键盘输入的数据是怎么到达程序的？
+
+* 当我们在键盘上输入数据并传递给程序时，通常会经历如下的几个步骤：
+  * ① `键盘输入数据`：当我们在键盘上按下某个键的时候，键盘会将这个动作转换为对应的电信号，传递给计算机。
+  * ② `硬盘中断`：计算机的`键盘控制器`会检测到键盘按键输入，并通过`中断请求`通知 CPU。这个中断信号会暂停当前的程序执行，CPU进入中断处理状态（中断处理程序会接收这个中断信号，CPU 根据键盘输入触发的中断，调用操作系统内核中的中断处理程序）。
+  * ③ `操作系统处理输入`：中断处理程序从键盘控制器获取输入的数据，并降低存储到内存的`缓冲区`（标准输入缓冲区）中。
+  * ④ `缓冲区管理`：键盘输入的数据被存入`内存缓冲区`，操作系统会将这些数据暂时存放在缓冲区中，等待程序从缓冲区中读取数据。
+  * ⑤ `程序读取数据`：程序通过系统调用或库函数，如：C 语言中的 scanf 函数从缓冲区中读取键盘输入的数据。并且，当程序调用读取输入的函数时，操作系统将缓冲区中的数据传递给程序。程序通过读取操作，将键盘输入的数据处理或输出到其他地方。
+
+
+* 其对应的图示，如下所示：
+
+```mermaid
+sequenceDiagram
+    participant User as 用户
+    participant Keyboard as 键盘
+    participant Controller as 键盘控制器
+    participant CPU as CPU
+    participant OS as 操作系统
+    participant Program as 程序
+
+    User->>Keyboard: 按下按键
+    Keyboard->>Controller: 生成输入信号
+    Controller->>CPU: 发送中断请求 (IRQ)
+    CPU->>OS: 执行中断处理程序 (ISR)
+    OS->>OS: 处理输入并存储到缓冲区 (stdin)
+    Program->>OS: 通过系统调用读取缓冲区数据
+    OS->>Program: 返回键盘输入数据
+
+```
+
+
 
-* 我们所编写的程序，都是运行在内存中的，如果我们不使用缓冲区，那么其在内存中就是这样的，如下所示：
 
-![](./assets/7.svg)
 
-* 而缓冲区的本质就是在`内存`中开辟一块用来`临时存储数据`的`区域`，它在速度较慢的内存和 IO 设备起到了桥梁的作用，那么其在内存中就是这样的，如下所示：
 
-![](./assets/8.svg)
 
 > [!NOTE]
 >
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 > * ① 当我们使用 `printf` 函数输出数据的时候，数据并不会立即就写出到输出设备（如：屏幕等）。而是先将其放置到 `stdout 缓冲区`中，然后在满足条件的时候，再从缓冲区中刷新到输出设备。
 > * ② 当我们使用 `scanf` 函数输入数据的时候，数据并不会立即就从输入设备中读取（如：键盘等）。而是先将其放置到 `stdin 缓冲区`中，然后在满足条件的时候，再从缓冲区中加载数据。
 
-### 1.3.2 缓冲区到底如何实现系统效率的提升？
 
-* 如果没有缓冲区，假设有 5 个数据，输入设备每次传递 1 个数据，CPU 必须立即接收并处理，因此有 5 次 IO 操作，每次都是逐个处理，如下所示：
 
-![](./assets/9.svg)
+### 1.3.2 如果没有缓冲区，键盘输入的数据是怎么到达程序的？
+
 
-* 如果没有缓冲区，假设有 5 个数据，输入设备每次传递 1 个数据，但它们先存储到缓冲区中。CPU 在缓冲区满时一次性处理多个数据，减少了频繁的等待，如下所示：
 
-![](./assets/10.svg)
 
-> [!IMPORTANT]
->
-> 假设每次 IO 操作的时间是 1 秒，CPU 处理数据的时间也是 1 秒，那么：
->
-> * ① 没有缓冲区的情况下，总耗时是：5 次 I/O 操作 + 5 次处理 = 10 秒，即：没有缓冲区的情况下，每次 I/O 操作和处理器的处理是交替进行的，因此总共需要 10 秒（5 次 I/O + 5 次处理）
-> * ② 使用缓冲区的情况下，总耗时是：5 次 I/O 操作 + 1 次批量处理 = 6 秒，即：使用缓冲区的情况下，I/O 操作和处理器处理是分开的，I/O 操作先全部完成，处理器一次性批量处理所有数据。因此，总耗时减少为 6 秒（5 秒传输 + 1 秒处理）。
->
-> 使用缓冲区能够显著减少总的执行时间，因为它允许处理器批量处理数据，而不是在每次数据传递后都进行等待处理。