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Linux:保證數(shù)據(jù)安全落盤

背景

在很多IO場景中,我們經常需要確保數(shù)據(jù)已經安全的寫到磁盤上,以便在系統(tǒng)宕機重啟之后還能讀到這些數(shù)據(jù)。但是我們都知道, linux系統(tǒng) 的IO路徑還是很復雜的,分為很多層,每一層都可能會有buffer來加速IO讀寫。同時,用戶態(tài)的應用程序和庫函數(shù)也可能擁有自己的buffer,這又給IO路徑增加了一些復雜性。可見,要想保證數(shù)據(jù)安全的寫到磁盤上,并不是簡單調一個write/fwrite就可以搞定的。
那么要怎么做呢?很多人會想到很多辦法,比如:fflush()、fsync()、fdatasync()、sync()、open()使用O_DIRECT或O_SYNC標志等。嗯,這些手段(或者某些組合)的確可以保證數(shù)據(jù)安全的持久化,那么它們之間有什么區(qū)別呢?fflush()和fsync()有啥區(qū)別?O_DIRECT是啥意思,它可以保證數(shù)據(jù)安全的持久化嗎?O_DIRECT和O_SYNC區(qū)別什么?O_SYNC和fsync()呢?fsync能完成msync的功能嗎?本文將試圖理解、解釋這些概念的作用和區(qū)別。

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Linux  IO

所謂一圖勝千言,為了解析清楚這些概念的區(qū)別,我特意畫了一張圖,仔細看,應該可以清晰的看出它們的作用和區(qū)別。
Linux:保證數(shù)據(jù)安全落盤
這里重點說一下O_DIRECT和O_SYNC,首先要明確的是,O_DIRECT只是說數(shù)據(jù)不會經過page cache(一般用在用戶態(tài)自己管理buffer)而是直接提交給塊設備層,但是不會同步等待數(shù)據(jù)安全寫入磁盤之后才返回(比如數(shù)據(jù)可能還在塊層排隊或者在磁盤自己的cache中)。而O_SYNC標志,雖然數(shù)據(jù)還是會寫page cache,但是此時會采用write through的策略,并同步等待數(shù)據(jù)安全寫入磁盤后才會返回。因此如果同時使用O_DIRECT和O_SYNC,則表示數(shù)據(jù)不會經過page cache并同步等待數(shù)據(jù)安全寫入磁盤才返回,當然這樣IO的性能會非常低下。
由于O_DIRECT會bypass page cache,因此如果有另一個進程使用普通的方式讀文件,有可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象,這個也需要注意。
為了做一下輔助說明,此處我貼一下我探討過程中看過的一些資料。首先是引用open系統(tǒng)調用:
http://man7.org/linux/man-pages/man2/open.2.html 
相關參數(shù)的說明:
Linux:保證數(shù)據(jù)安全落盤
以及innodb相關的文檔:
https://lwn.net/Articles/457667/
Linux:保證數(shù)據(jù)安全落盤
fsync和fdatasync的區(qū)別:
http://man7.org/linux/man-pages/man2/fsync.2.html
Linux:保證數(shù)據(jù)安全落盤
msync:
http://man7.org/linux/man-pages/man2/msync.2.html
Linux:保證數(shù)據(jù)安全落盤

DAX

其實還有一種IO模式,就是DAX(Direct Access ),是不是看上去和O_DIRECT很像。這種模式需要filesystem和block driver都支持才可以,一般主要用在non volatile memory上,本質上也是繞過page cache直接操作設備。DAX本文先不做深入探討,后面我會自己寫一個支持DAX模式的ramdisk塊設備驅動,然后格式化為ext4文件系統(tǒng)并-o dax模式掛載,再來詳細研究DAX的IO路徑。
最后附上Linux在常見場景下的io路徑跟蹤:
https://my.oschina.net/fileoptions/blog/3061822

網站題目:Linux:保證數(shù)據(jù)安全落盤
網頁網址:http://www.chinadenli.net/article46/jsijhg.html

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