Linux系统的I/O操作涉及的内核缓冲区

一.  Linux系统中I/O操作

Linux系统中，常见的I/O操作，如 read() 函数或 write() 函数。

在调用 write() 函数时，我们认为该函数一旦返回，数据便已经写到了文件中，但是这种概念只是宏观上的。实际上，操作系统实现某些文件 I/O 时(如磁盘文件)，为了保证I/O的效率，在内核通常会用到一片专门的区域(内存或独立的I/O地址空间)作为 I/O 数据缓冲区。它用在输入输出设备和CPU之间，用来缓存数据，使得低速的设备和高速的 CPU 能够协调工作，避免低速的输入输出设备长时间占用CPU，减少系统调用，提高了 CPU 的工作效率。

二.   Linux 系统中的内核缓冲区

1. 延迟写：

UNIX 或 Linux 系统在设计时使用了内核缓冲区。

Linux系统的延迟写原理：大多数磁盘 I/O 都通过缓存进行，当将数据写到文件上时，通常该数据先由内核复制到缓存中，如果该缓存尚未写满，则并不将其排入输出队列，而是等待其写满或者当内核需要刷新缓冲时，再将该缓存写入输出队列，然后等待其到达队首时，才进行实际的 I/O 操作。这种输出方式被称为延迟写。

2.  Linux系统中同步接口函数

为了保证磁盘上实际文件系统与缓存中内容的一致性，系统提供了同步接口，包括 sync() 函数、fsync() 函数与 fdatasync() 函数。同步缓存函数如下：

sync() 函数：

#include

void sync(void);

函数sync() 始终成功。但是 sync() 只是将所有修改过的块的缓存排入写队列，然后就返回，它并不等待实际I/O 操作结束。系统守候进程一般每隔一段时间调用一次 sync() 函数。这就保证了定期刷新内核的块缓存。

fsync() 函数 与 fdatasync() 函数：

int fsync(int fd);

int fdatasync(int fd);

fsync() 函数则等待 I/O 结束，然后返回。fsync() 多用于数据库相关的应用程序，它确保修改过的块立即写到磁盘中。

fdatasync() 只是更新内容，如果没有必要，并不更新元数据（即该文件的属性，例如上次修改内容的时间）。

如果执行成功时，fsync()函数/fdatasync()函数返回0；否则返回-1，同时设置 errno 以指明错误。

三. 总结

磁盘I/O操作中提供的这种延迟写机制，虽然减少了磁盘读写次数，可以有效的提供 CPU 工作效率。但是缺点是：降低了文件内容的更新速度，使得欲写到文件中的数据在一段时间内并没有写到磁盘上。当系统发生故障时，这种延迟可能造成文件更新内容的丢失。

所以，这种延迟读写机制，有利有弊。