innodb_flush_method 的理解
转载自：
https://www.cndba.cn/bensoncd/article/2093
陶方在《innodb_flush_method带来的性能影响》中从实验角度比较了fdatasync，O_DSYNC和O_DIRECT在性能上的差异。本文将试图从Linux/Unix"文件I/O"（unbuffered I/O）的角度来解释innodb_flush_method是如何影响MySQL的I/O。【附附1】
innodb_flush_log_at_trx_commit参数确定日志文件何时write、flush。
0：log buffer将每秒一次地写入log file中，并且log file的flush(刷到磁盘)操作同时进行。该模式下在事务提交的时候，不会主动触发写入磁盘的操作。
1：每次事务提交时MySQL都会把log buffer的数据写入log file，并且flush(刷到磁盘)中去，该模式为系统默认。
2：每次事务提交时mysql都会把log buffer的数据写入log file，但是flush(刷到磁盘)操作并不会同时进行。该模式下，MySQL会每秒执行一次 flush(刷到磁盘)操作。
innodb_flush_method 则确定日志及数据文件如何write、flush。在Linux下，innodb_flush_method可以取如下值：fdatasync, O_DSYNC, O_DIRECT，那这三个值分别是如何影响文件写入的？首先需要先来了解Linux的文件I/O是如何工作的。
先来看看Linux/Unix文件I/O的一个典型例子：（Linux 2.6.24测试，gcc编译）
| /* A test about syscall of File I/O Author:supu@TaobaoDBA [email protected] http://orczhou.com http://www.taobaodba.com */ #include "stdlib.h" /* for exit */ #include "unistd.h" /* for write fdatasync*/ #include "fcntl.h" /* for open */ int main(void){ int fd; if((fd=open("/home/zzx/test.file",O_WRONLY | O_APPEND | O_DSYNC))<0) { exit(1); } char buff[]="abcdef"; if(write(fd,buff,6)!= 6){ exit(2);} if(fdatasync(fd)==-1) { exit(3);} exit(0); } |
程序描述了一般的文件I/O操作的三个过程open、write、fdatasync，分别是打开文件、写文件、flush操作（将文件在系统上的缓存刷到磁盘上）。
一、Open阶段
open("test.file",O_WRONLY|O_APPDENT|O_SYNC))
系统调用Open会为该进程一个文件描述符fd【附录2】。这里使用 O_WRONLY|O_APPDENT|O_SYNC打开文件:
1. O_WRONLY表示我们以"写"的方式打开，告诉内核我们需要向文件中写入数据；
2. O_APPDENT告诉内核以"追加"的方式写文件；
3. O_DSYNC告诉内核，当向文件写入数据的时候，只有当数据写到了磁盘时，写入操作才算完成(write才返回成功。也就是在写的时候就立刻调用flush操作)。同类的文件标志，还有O_SYNC,O_RSYNC，O_DIRECT。
Ø O_SYNC比O_DSYNC更严格，不仅要求数据已经写到了磁盘，而且对应的文件属性(如文件长度、最后修改时间 等)也需要更新完成才算write操作成功。可见O_SYNC较之O_DSYNC要多做一些操作。
Ø O_RSYNC表示文件读取时，该文件的OS cache必须已经全部flush到磁盘了【附录3】；
Ø O_DIRECT打开文件，则读/写操作都会跳过OS cache，直接在device（disk）上读/写。因为没有了OS cache，所以会O_DIRECT降低文件的顺序读写的效率。0_SYNC 标记和 0_DIRECT标记的不同之处在于 0_SYNC 没有禁用操作系统层的缓存。
二、Write阶段
write(fd,buf,6)。在使用open打开文件获得文件描述符之后，我们就可以调用write函数来写入数据了，write会根据前面的open参数不同，而表现不同。
三、Flush阶段
fdatasync(fd) == -1
write操作后，还得调用了fdatasync来确保文件数据flush到disk上。fdatasync返回成功后，那么可以认为数据已经写到了磁盘上。像fdatasync()的函数还有fsync()、sync()。
Fsync()和fdatasync的区别等同于O_SYNC和O_DSYNC的区别。fsync刷新文件的数据同时包括元数据。
Sync函数表示将文件在OS cache中的数据排入写队列，并不确认是否真的写磁盘了，所以sync并不可以靠。
忽略文件打开的过程，通常我们会说“写文件”有两个阶段，一个是调用write称为写数据阶段（其实是受open的参数影响），调用fsync（或者fdatasync）称为flush阶段。
四、回到MYSQL
1、参数Innodb_flush_method(Linux)可以设定为：Fdatasync、O_DSYNC、O_DIRECT。我们看看这个三个参数是如何影响程序MySQL对日志和数据文件的操作：
| Open log |
Flush log |
Open datafile |
Flush data |
|
| Fdatasync |
fsync() |
fsync() |
||
| O_DSYNC |
O_SYNC |
fsync() |
||
| O_DIRECT |
fsync() |
O_DIRECT |
fsync() |
PS：O_DIRECT下数据文件写入操作会通知操作系统不要缓存数据，也不要用预读。直接从innodb buffer到磁盘。这个设置依然使用 fsync() 来刷新文件到磁盘. 而真正的完成还是在flush这步。
PS: 使用0_SYNC 标记的写操作，听起来可能跟写同时调用fsync()做的事情非常相似，但是它们两个的实现无论在操作系统层还是在硬件层都非常不同。用了0_SYNC 标记后，操作系统可能把”使用同步I/O”标记下传给硬件层，告诉设备不要使用缓存。另一方面，fsync() 把文件系统缓冲数据刷写到设备上，如果设备支持，紧接着会传递一个指令给设备刷新它自己的缓存(希望它是一个带电的缓存)，所以，毫无疑问数据肯定记录在了物理媒介上。另一个不同是，用了0_SYNC的话，每个 write()或 pwrite() 操作都会在函数完成之前把数据同步到磁盘，完成前函数调用是阻塞的。相对来看，不用O_SYNC标记的写入调用fsync()允许写操作积累在设备缓存(使得每个写更快)，然后一次性刷新所有的数据。
2、参数Innodb_flush_method(Linux)设定为不同值得时候，关于操作系统缓存的使用情况。
3、参数的选择
fdatasync被认为是安全的，因为在MySQL总会调用fsync()来flush数据。(不知道磁盘设备的缓存是否带电有没有影响安全性能)。
O_DSYNC使用是有些风险的，有些OS会忽略该参数O_SYNC。
O_DIRECT和fdatasync和很类似，但是它会使用O_DIRECT来打开数据文件。有数据表明，如果是大量随机写入操作，O_DIRECT会提升效率。但是顺序写入和读取效率都会降低。所以使用O_DIRECT需要谨慎。 果使用 0_DIRECT 选项，通常需要带有写缓存的 RAID 卡，并且设置为 Write-Back策略, 因为这是典型的唯一能保持好性能的方法。当 InnoDB 和实际存储设备之间没有缓冲时使用0_DIRECT，例如当 RAID 卡没有写缓存时， 可能导致严重的性能下降。现在有了多个写线程，这个问题稍微小一点（并且 MySQL 5.5 提供了原生异步 1/0)， 但是通常还是有问题。
| 几个新参数值： littlesync ：此选项用于内部性能测试，目前不受支持。请自行承担风险。 |
【附录1】文章需要你了解什么是“系统调用“，参考。可以简单的理解为：“系统调用“是在内核之上的一层封装。由内核直接提供接口，“系统调用”需要陷入内核执行（内核态）。其中fdatasync就是一个系统调用，该系统调用可以通知OS立刻将OS Cache中的数据Flush到磁盘文件中。
【附录2】这时候内核会为该该进程打开的文件分配一个文件描述符，并将该文件描述符返回给该进程。在内核的文件表中新建一个文件项，标记文件状态、文件当前偏移、以及I节点（v节点）的位置，内核还会打开该文件的I节点（这里记录文件的操作的函数指针，例如读操作、写操作）。
【附录3】O_RSYNC我的理解是，对于同一个文件描述符可以保证读数据安全。同一个文件描述符包括dup和fcntl函数dup的文件描述符，即共用同一个文件表项。O_RSYNC不是我们今天关注的，暂时忽略
未解问题:
1. O_DIRECT在哪些OS(或者FS)上能够正常工作？
但至少 GNU/Linux、 FreeBSD, 以及 Solaris (5.0 以后的新版本） 是支持的
2. O_SYNC在哪写OS上不能正常工作呢？？
3. 内核的read、write是FS(文件系统)级别的还是内核(kernel)级别?
(只供参考，有误希望指正)个人觉得是内核级别，因为内核是通过操作VFS来向文件系统写入数据。
4. 文章“innodb_flush_method带来的性能影响“中O_DSYNC、和fdatasync效率差很多，这是为什么？
这个连个效率又会受到 innodb_flush_log_at_trx_commit 参数值、设别类型的影响。
五、整理自：
1. http://www.orczhou.com/index.php/2009/08/innodb_flush_method-file-io/
2. http://blog.csdn.net/gua___gua/article/details/44916207
3. 高性能MySQL 第3版
4. MySQL 官方文档 5.7
5. http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-read/
6. 系统调用：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/syscall/part1/index.html