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Linux的直接I/O机制怎么实现

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简介这篇文章主要介绍了Linux的直接I/O机制怎么实现的相关知识,内容详细易懂,操作简单快捷,具有一定借鉴价值,相信大家阅读完这篇Linux的直接I/O机制怎么实现文章都会有所收获,下面

这篇文章主要介绍了Linux的直接I/O机制怎么实现的相关知识,内容详细易懂,操作简单快捷,具有一定借鉴价值,相信大家阅读完这篇Linux的直接I/O机制怎么实现文章都会有所收获,下面我们一起来看看吧。

直接 I/O 的动机

在介绍直接 I/O 之前,这一小节先介绍一下为什么会出现直接 I/O 这种机制,即传统的 I/O 操作存在哪些缺点。

什么是缓存 I/O (Buffered I/O)

缓存 I/O 又被称作标准 I/O,大多数文件系统的默认 I/O 操作都是缓存 I/O。在 Linux 的缓存 I/O 机制中,操作系统会将 I/O 的数据缓存在文件系统的页缓存( page cache )中,也就是说,数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中,然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。缓存 I/O 有以下这些优点:

·缓存 I/O 使用了操作系统内核缓冲区,在一定程度上分离了应用程序空间和实际的物理设备。

·缓存 I/O 可以减少读盘的次数,从而提高性能。

当应用程序尝试读取某块数据的时候,如果这块数据已经存放在了页缓存中,那么这块数据就可以立即返回给应用程序,而不需要经过实际的物理读盘操作。当然,如果数据在应用程序读取之前并未被存放在页缓存中,那么就需要先将数据从磁盘读到页缓存中去。对于写操作来说,应用程序也会将数据先写到页缓存中去,数据是否被立即写到磁盘上去取决于应用程序所采用的写操作机制:如果用户采用的是同步写机制( synchronous writes ), 那么数据会立即被写回到磁盘上,应用程序会一直等到数据被写完为止;如果用户采用的是延迟写机制( deferred writes ),那么应用程序就完全不需要等到数据全部被写回到磁盘,数据只要被写到页缓存中去就可以了。在延迟写机制的情况下,操作系统会定期地将放在页缓存中的数据刷到磁盘上。与异步写机制( asynchronous writes )不同的是,延迟写机制在数据完全写到磁盘上的时候不会通知应用程序,而异步写机制在数据完全写到磁盘上的时候是会返回给应用程序的。所以延迟写机制本身是存在数据丢失的风险的,而异步写机制则不会有这方面的担心。

缓存 I/O 的缺点

在缓存 I/O 机制中,DMA 方式可以将数据直接从磁盘读到页缓存中,或者将数据从页缓存直接写回到磁盘上,而不能直接在应用程序地址空间和磁盘之间进行数据传输,这样的话,数据在传输过程中需要在应用程序地址空间和页缓存之间进行多次数据拷贝操作,这些数据拷贝操作所带来的 CPU 以及内存开销是非常大的。

对于某些特殊的应用程序来说,避开操作系统内核缓冲区而直接在应用程序地址空间和磁盘之间传输数据会比使用操作系统内核缓冲区获取更好的性能,下边这一小节中提到的自缓存应用程序就是其中的一种。

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