30，读写操作

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缓存IO：大多数文件系统使用缓存IO，对于读操作来讲，操作系统会先检查，内核的缓冲区有没有需要的数据。如果已经缓存了，那就直接从缓存中返回；否则从磁盘中读取，然后缓存在操作系统的缓存中。对于写操作来讲，操作系统会先将数据从用户空间复制到内核空间的缓存中。这时对用户程序来说，写操作就已经完成。至于什么时候再写到磁盘中由操作系统决定，除非显式地调用了 sync 同步命令。

直接IO：就是应用程序直接访问磁盘数据，而不经过内核缓冲区，从而减少了在内核缓存和用户程序之间数据复制。

• write 过程

  • 调用 genric_perform_write 它里面是一个循环，每次写入对应的页

    • 调用 write_begin 对系统进行初始化工作，主要是ext4_journal_start 即日志文件系统准备，然后调用grab_cache_page_write 获取需要写入的缓存页

    • 日志系统模式：
      - jnuranl模式：这种模式在将数据写入文件系统前，必须等待元数据和数据的日志已经落盘才能发挥作用。这样性能比较差，但是最安全。
      - order 模式：这个模式不记录数据的日志，只记录元数据的日志，但是在写元数据的日志前，必须先确保数据已经落盘。这个折中，是默认模式。
      - writeblack模式：不记录数据的日志，仅记录元数据的日志，并且不保证数据比元数据先落盘。这个性能最好，但是最不安全。

    • iov_iter_copy_form_user_atmoic 即通过kmap_atomic 映射内核虚拟地址，然后将用户态数据拷贝到内核态。再使用kumap_atmoic 删除映射

  • ext4_write_end 结束日志写入，将数据写入缓存。
  • balance_dirty_pages_ratelimited 查看脏页数量是否超过限制

  • 脏页写入内存情况：
    用户主动调用 sync，将缓存刷到硬盘上去，最终会调用 wakeup_flusher_threads，同步脏页；
    当内存十分紧张，以至于无法分配页面的时候，会调用 free_more_memory，最终会调用 wakeup_flusher_threads，释放脏页；
    脏页已经更新了较长时间，时间上超过了 timer，需要及时回写，保持内存和磁盘上数据一致性。

• read 过程

  • genric_file_buffer_read 直接查看page cache是否有缓存，假如不存在，然后读入该页，并进行预读。
  • copy_page_to_iter 将内容从内核态复制到用户态。