pagecache与mmap

pagecache

linux对文件的读写必须先走pagecache，pagecache是内存中的一块区域，这样做的好处是，在写入的时候不直接写入硬盘，而是写入内存，可以加速读写。后续操作系统会自动把其内容刷到硬盘上。
例如我们调用操作系统的write函数，直接写入到pagecache中而不是磁盘中。后续会将数据拷贝到内核态，再拷贝到硬盘上，这个过程操作系统可以为我们完成，当然我们我们也可以手动执行刷盘。

mmap

这里就要介绍一下mmap的优点了，mmap和write/read一样需要从pagecache中进行刷盘，但是mmap的好处就是减少了一次数据复制，直接将pagecache刷到硬盘上而不需要经过内核态。

最后再说一下page cache的话题，从上面所说我们从磁盘文件中读取的内容都会存在page cache中，但当我们关闭这个文件时，page cache中内容会立马释放掉吗？答案是否，磁盘的读取速度比内存慢太多，如果能命中page cache可以显著提升性能，万一后续又有对这个文件的操作，系统就可以很快速的响应。当然，这些文件内容也不是一直存在page cache中的，一般只要系统有空闲物理内存，操作系统都会拿来当缓存使用，但当物理内存不够用，内存会清理出部分page cache应急。

还有就是普通的write调用只是将数据写到page cache中，并将其标记为dirty就返回了，磁盘I/O通常不会立即执行，这样做的好处是减少磁盘的回写次数，提供吞吐率，不足就是机器一旦意外挂掉，page cache中的数据就会丢失。一般安全性比较高的程序会在每次write之后，调用fsync立即将page cache中的内容回写到磁盘中。

DirectIo

哈哈，看到了这里，没想到还有一种刷盘方式吧？对，就是dio。从上面我们可以看出来，操作系统为了保持自身的稳定、安全性，使用了页式管理或者内核态拷贝。这里我们单看mmap所带来的问题。可以说mmap是一种比较快的落盘方式了。但是由于linux本身用的还是页式管理(mmap一样)，它不可避免的会导致缺页中断的现象，这时候会进行页面置换算法，想想还是有点耗时的。
对此，linux本身提供了dio的接口，使得数据直接从应用程序地址空间落到硬盘上。当然这里如果要加快读写，可以自己设定缓冲区，而不是用pagecache，例如数据库管理系统的实现

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-directio/index.html