49、Linux 系统中的直接 I/O 传输与异步 I/O 操作

Linux 系统中的直接 I/O 传输与异步 I/O 操作

1. 直接 I/O 传输

在 Linux 系统中，对于一些高性能的程序，如高性能数据库服务器，它们通常会实现自己的缓存机制，以充分利用数据库查询的特性。在这种情况下，内核的页缓存不仅没有帮助，反而会带来一些问题：
-内存浪费：大量的页帧被用于复制已经存在于用户级磁盘缓存中的磁盘数据。
-系统调用变慢：read()和write()系统调用会因为处理页缓存和预读的冗余指令而变慢，文件内存映射的分页操作也会受到影响。
-数据传输效率低：read()和write()系统调用需要进行两次数据传输，即磁盘与内核缓冲区之间的传输，以及内核缓冲区与用户内存之间的传输。

为了解决这些问题，Linux 提供了一种绕过页缓存的方法：直接 I/O 传输。在每次直接 I/O 传输中，内核会对磁盘控制器进行编程，使其直接在自缓存应用程序的用户模式地址空间的页面之间传输数据。

1.1 直接 I/O 传输的实现步骤

当自缓存应用程序希望直接访问文件时，需要在打开文件时指定O_DIRECT标志。可以使用open()系统调用时指定该标志，也可以使用fcntl()系统调用的F_SETFL命令为已经打开的文件设置该标