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UNIX高级环境编程(14)文件IO - O_DIRECT和O_SYNC详解

作者:中国名酒库发布时间:2022-03-27浏览次数: 爱单词,股市在线,000561烽火电子

  输入输出数据的缓冲由内核和stdio库完成。有时可能希望阻止缓冲,但这需要了解其对应用程序性能的影响。

  采用O_SYNC标志(或者频繁调用fsync(), fdatasync()或sync())对性能影响极大。

  先总结一下stdio函数库和内核采用的缓冲这两级缓冲,然后用图说明两层缓冲机制和各种缓冲类型的控制机制。

  作用:sync()系统调用会使包含更新文件信息的所有内核缓冲区(即数据块、指针块、元数据等)刷新到磁盘上。

  作用:fdatasync()系统调用的作用类似fsync(),只是强制文件处于synchronized IO data integrity compeletion状态。

  在Linux环境下,open()所特有的O_DIRECT标识允许特定应用跳过缓冲区高速缓存。

  虽然题目还是UNIX高级环境变成(xx),但是打算把所阅读和参考的书换成《Linux/UNIX系统编程手册》。感觉这本书内容更新一点。

  作用:调用open后,每个write调用会自动将文件数据和元数据刷新到磁盘上,即按照Synchronized IO file integrity completion的要求执行写操作。

  性能下降的直接表现为运行总用时大为增加:在缓冲区为1字节的情况下,运行时间相差1000多倍。

  与fsync的区别:fdatasync()可能会减少磁盘操作的次数,由fsync()调用请求的两次变成一次。例如,修改了文件的数据,而文件大小不变,那么调用fdatasync调用请求只强制进行了数据更新,相比之下,fsync()调用会强制将元数据传递到磁盘上,而元数据和文件数据通常驻留在磁盘的不同区域,更新这些数据需要反复在整个磁盘上执行寻道操作。

  当缓冲区填满,stdio库会调用write()系统调用,将数据传递到内核高速缓冲区,该缓冲区位于内核态内存区。

  O_DIRECT和O_SYNC是系统调用open的flag参数。通过指定open的flag参数,以特定的文件描述符打开某一文件。

  细节:若内容发生变化的内核缓冲区在30s内未经显式方式同步到磁盘上,则一条长期运行的内核线程会确保将其刷新到磁盘上。这一做法是为了规避缓冲区与相关磁盘文件内容长期处于不一致状态。

  作用:fsync()系统调用将使缓冲数据和fd相关的所有元数据都刷新到磁盘上。调用fsync会强制使文件处于Synchronized IO file integrity completion状态。

  功能:强制刷新内核缓冲区到输出文件。这是有必要的,因为为了数据安全,需要确保将数据真正写入磁盘或者磁盘的硬件告诉缓存中。

  工作很忙,周末大部分时间都在外面活动,跑步拍照,虽然只是简单的读书这一篇也是拖了又拖才敲完。

  返回时间:仅在对磁盘设备(或者至少是其高速缓存)的传递完成后,fsync()调用才会返回。

  右侧所示为促使刷新自动化的调用:通过禁用stdio的缓冲,和在文件输出类的系统调用中启用同步,从而使每个write()调用立刻刷新到磁盘。

  以O_SYNC标志执行写操作时运行总用时和CPU时间之间的巨大差异(1030 - 98.8),原因是系统在每个缓冲区中将数据向磁盘传递时会把程序阻塞起来。

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