文件IO_文件同步（附Linux-5.15.10内核源码分析）

目录

1.为什么要进行文件同步？

2.fsync函数介绍

2.1 fsync函数

2.2 fsync函数内核源码分析

2.3 fsync函数使用示例

3.fdatasync函数介绍

3.1 fdatasync函数

3.2 fdatasync函数内核源码分析

3.3 fdatasync函数使用示例

4.sync函数介绍

4.1 sync函数

4.2 sync函数使用示例

5.文件同步函数对比

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1.为什么要进行文件同步？

在Linux系统中，文件系统通常使用缓冲区来提高文件读写性能。

当应用程序对文件进行写操作时，数据首先会被写入到内核的缓冲区中，而不是直接写入到磁盘。这样可以减少磁盘I/O的次数，提高文件读写的效率。

然而，这种缓冲机制也存在一个问题，就是当发生系统崩溃或意外的断电等情况时，还未写入磁盘的数据将会丢失，导致数据的不一致性或丢失。

为了避免这种情况的发生，需要通过文件同步来确保数据的持久性和一致性。

通过进行文件同步，可以确保以下几点：

• 数据持久性：通过将缓冲区中的数据写入到磁盘，可以避免由于系统崩溃或断电等意外情况导致数据丢失。
• 数据一致性：同步操作不仅会将文件数据写入磁盘，还会同步文件的元数据（如权限、所有权等）。这样可以确保文件系统中的数据与磁盘中的数据一致，避免数据损坏或不一致的情况。 系统稳定性：

通过定期进行文件同步，可以减少系统出现故障的可能性，提高系统的稳定性和可靠性。

需要注意的是，文件同步会引起一定的性能开销，因为它需要将数据写入磁盘。因此，在实际应用中，需要根据具体场景和需求权衡数据的持久性和性能之间的关系，选择合适的同步策略和时机。

2.fsync函数介绍

2.1 fsync函数

#include 

int fsync(int fd);

函数简介：fsync函数是一个用于将文件数据及元数据同到磁盘的系统调用函数。的目的是确保文件的修改已经完全写入到磁盘中，以防止数据丢失或损坏。

函数参数：

fd：文件描述符，指向需要同步的文件。

函数返回值：

成功：返回0。

失败：返回-1，并设置errno。

2.2 fsync函数内核源码分析

 图 2-1 fsync函数内核源码调用流程

fsync和fdatasync内核调用核心流程差不多，执行完系统调用后，统一调用do_fsync函数，fsync和fdatasync函数调用do_fsync函数传递的datasync实参（只同步数据，不同步元数据）不一样，fsync函数datasync为1表示只同步数据，fsync函数datasync为0表示即同步数据也同步元数据。

fdatasync不会调用mark_inode_dirty_sync函数，fsync则会调用，该函数的作用是更新元数据为DIRTY状态，后续同步元数据将用到该状态。

file->f_op->fsync函数不同的文件系统实现方式不一样，如图2-1是以generic_file_fsync函数为例进行分析，generic_file_fsync会先同步数据，然后再判断是否满足同步元数据条件（fdatasync不同步元数据）再调用sync_inode_metadata函数进行元数据同步。

最后再调用blkdev_issue_flush函数通知底层同步文件。

2.3 fsync函数使用示例

int fsync_test(bool datasync) {
    int fd = open(TEST_FILE, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open error");
        return -1;
    }

    write_len_data(fd, 10, 'c');

    int ret = 0;
    if (datasync) {
        fdatasync(fd);
    } else {
        fsync(fd);
    }
    if (ret == -1) {
        perror("fsync error");
        close(fd);
        return -1;
    }

    close(fd);

    return 0;
}

3.fdatasync函数介绍

3.1 fdatasync函数

#include 

int fdatasync(int fd);

函数简介：fdatasync函数是一个用于将文件数据同步到磁盘的系统调用函数，与fsync函数类似。它会将文件的数据部分（不包括元数据）同步到磁盘，以确保文件的修改已经完全写入到磁盘中。 fdatasync函数与fsync函数的区别在于，fdatasync只同步文件的数据部分，而不同步文件的元数据（如权限、所有权等）。

由于不涉及元数据的同步，fdatasync相比fsync可以更快地完成操作。

函数参数：

fd：文件描述符，指向需要同步的文件。

函数返回值：

成功：返回0。

失败：返回-1，并设置errno。

3.2 fdatasync函数内核源码分析

参考fysnc函数内核源码分析。

3.3 fdatasync函数使用示例

参考fsync函数使用示例。

4.sync函数介绍

4.1 sync函数

#include 

void sync(void);

函数简介：sync函数是一个文件系统同步函数，用于将文件系统缓冲区中的数据写入到磁盘，并确保所有挂载的文件系统都已同步。

函数参数：

无

函数返回值：

无

sync函数通常在以下情况下使用：

• 在关机之前，调用sync函数可以确保所有数据都已写入磁盘，避免数据丢失或损坏。
• 在进行重要操作（如升级操作）之前，调用sync函数可以确保数据的持久性，以防止操作过程中发生意外情况。
• 在性能测试或基准测试中，调用sync函数可以确保每次测试之间的数据一致性，并避免测试结果受到缓冲区数据的影响。

4.2 sync函数使用示例

void sync_test() {
    sync();
}

5.文件同步函数对比

 表 5-1 文件同步函数对比