http://apps.hi.baidu.com/share/detail/30662636
Linux的文件I/O是如何工作的?
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】。这里使用了O_WRONLY|O_APPDENT|O_SYNC打开文件:
- 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;
- O_APPDENT告诉内核以"追加"的方式写文件;
- 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)。和O_DSYNC同类的文件标志,还有O_SYNC,O_RSYNC,O_DIRECT。
- O_SYNC比O_DSYNC更严格,不仅要求数据已经写到了磁盘,而且对应的数据文件的属性(例如文件长度等)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。
- 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】;
- 如果使用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。
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,我们还调用了fdatasync来确保文件数据flush到了disk上。fdatasync返回成功后,那么可以认为数据已经写到了磁盘上。像这样的flush的函数还有fsync、sync。
- Fsync和fdatasync的区别等同于O_SYNC和O_DSYNC的区别。
- 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我们称为写数据阶段(其实是受open的参数影响),调用fsync(或者fdatasync)我们称为flush阶段。
回到MySQL,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() |
fdatasync被认为是安全的,因为在MySQL总会调用fsync来flush数据。使用O_DSYNC是有些风险的,有些OS会忽略该参数O_SYNC。
我们看到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。
mysql innodb 对应相关参数:
innodb_flush_method有三个值,分别是fdatasync,O_DSYNC和O_DIRECT,其中fdatasync是默认值。它们控制了InnoDB刷新日志和数据的模式。
fdatasync:InnoDB使用fsync()函数去更新日志和数据文件。
O_DSYNC:InnoDB使用O_SYNC模式打开并更新日志文件,用fsync()函数去更新数据文件。
O_DIRECT:InnoDB使用O_DIRECT模式打开数据文件,用fsync()函数去更新日志和数据文件。
我们看到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。
其他相关知识:
Linux上的块设备的操作可以分为两类:
第一类是使用C标准库中的fopen/fread/fwrite 系列的函数,我们可以称其为 buffered I/O。
具体的I/O path如下
Application<->Library Buffer<->Operation System Cache<->File System/Volume Manager<->Devicelibrary buffer是标准库提供的用户空间的buffer,可以通过setvbuf改变其大小。
第二类是使用Linux的系统调用的open/read/write 系列的函数,我们可以称其为 non-buffered I/O。
I/O Path
Application<-> Operation System Cache <->File System/Volume Manager<->Device此外,我们可以通过设置open的O_DIRECT标志来实现Direct I/O(或者叫Raw I/O),即绕过OS Cache,直接读取Device ( that's what we want^o^ ), 等于将OS cache换成自己管理的cache。不过,Linus在邮件列表中建议不这么做,而是使用posix_fadvice, madvice。[2]中表明Direct I/O比buffered I/O的性能高很多。