Linux的write调用

淩亂°似流年 2022-07-19 02:19 179阅读 0赞

# Linux的write调用 #

const char *buf = "My ship is solid";
    ssize_t nr;
    
    /* write the string in 'buf' to 'fd' */
    nr = write(fd, buf, strlen(buf));
    if (nr == -1) 
        /* error */

当write()调用返回时，内核已经把数据从提供的缓冲区拷贝到内核缓冲区中，但不保证数据已经写到目的地。实际上，write调用执行非常快，因此不可能保证数据已经写到目的地。处理器和硬盘之间的性能差异使得这种情况非常明显。

如下图所示：

![这里写图片描述][20160809084810990]

write调用和内核缓冲区数据写入硬盘完全是两个独立的操作。write没有等待内核缓冲区数据写入硬盘完成后才返回，因为`硬盘写IO`要比`处理器执行用户和内核缓冲区拷贝`所花费的时间多得多。

# write调用过程 #

当用户空间发起write()系统调用时，Linux内核会做几项检查，然后把数据拷贝到缓冲区。然后，在后台，内核收集所有这样的“脏”缓冲区（即存储的数据比磁盘上的数据新），进行排序优化，然后把这些缓冲区写到磁盘上（这个过程称为**回写writeback**）。通过这种方式，write()可以频繁调用并立即返回。这种方式还支持内核把写操作推迟到系统空闲时期，批处理很多写操作。

# 延迟写的三个问题 #

## 延迟写没有改变数据读写一致性语义 ##

举个例子：  
假设要对一份刚写到缓冲区但还没写到磁盘的数据执行读操作，请求响应时会直接读取缓冲区的数据，而不是读取磁盘上的“陈旧”数据。这种方式进一步提高了效率，因为对于这个读请求，是从内存缓冲区而不是从硬盘中读的。如期望的那样，读写请求相互交织，而结果也和预期一致——前提是在数据写到磁盘之前系统没有崩溃！虽然应用可能认为写操作已经成功，在系统崩溃情况下，数据却没有写入到磁盘。

## 延迟写无法强制“顺序写” ##

虽然应用可能会考虑对写请求进行排序，按特定顺序写入磁盘；而内核主要是出于性能考虑，按照合适的方式对写请求重新排序。

只有当系统崩溃时，延迟写才会有问题，因为最终所有的缓冲区都会写回，而且文件的最终状态和预期的一直。实际上绝大多数应用并不关心写顺序。数据库是少数几个关心顺序的，它们希望写操作有序，确保数据库不会出于不一致状态。

## 延迟写对某些I/O错误的提示信息不准确 ##

在**回写**时产生的任何I/O错误，比如物理磁盘驱动出错，都不能报告给发起写请求的进程。实际上，内核内“脏”缓冲区和进程无关。多个进程可能会“弄脏”（即更新）同一片缓冲区中的数据，进程可能在数据仅写到缓冲区尚未写到磁盘的时候就退出了。进程操作失败，如果“事后”与之通信呢？

## 如何解决延迟写带来的问题 ##

对于这些潜在的问题，内核试图最小化延迟写带来的风险。为了保证数据按时写入，内核设置了“最大缓存时效”（maximum buffer age），并在超出给定时效前将所有脏缓存的数据写入磁盘。用户可以用/proc/sys/vm/dirty\_expire\_centisecs 来配置这个值，该值单位是厘秒（0.01秒）。

# 参考 #

Linux系统编程

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