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技术干货 | 漫游Linux块IO

本篇文章，我们就一起看下Linux中一个IO请求的生命周期。Linux发展到今天，其内部的IO子系统已经相当复杂。...我们知道IO设备可以分为字符设备和块设备，字符设备以字节流的方式访问数据，比如我们的键盘鼠标。而块设备则是以块为单位访问数据，并且支持随机访问，典型的块设备就是我们常见的机械硬盘和固态硬盘。...do_blockdev_direct_IO -> dio_bio_submit -> submit_bio 通用块层核心结构 1.bio/request bio是Linux通用块层和底层驱动的...通用块层提供了很多IO调度策略，将多个bio合并生成一个request，以提高IO的效率。...-> req_bio_endio -> bio_endio 总结以上，我们很粗略地漫游了Linux中一个块设备IO的生命周期，这是一个很复杂的过程

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刘正元: Linux 通用块层之IO合并

相关阅读：宋宝华：文件读写（BIO）波澜壮阔的一生刘正元: Linux 通用块层之DeadLine IO调度器所谓请求合并就是将进程内或者进程间产生的在物理地址上连续的多个IO请求合并成单个...其次，page cache中的缓存最后以页或块为单位进行回写，并非应用程序向page cache中提交了几次IO, 回写的时候就需要往通用块层提交几次IO, 这样在提交时间上不连续但在空间上连续的小块IO...③　非缓存IO（不带蓄流），对应图中的路径③，内核通用块层的蓄流机制只给内核空间提供了接口来控制IO请求是否蓄流，用户空间进程没有办法控制提交的IO请求进入通用块层的时候是否蓄流。...严格的说用户空间直接产生的IO都会走蓄流路径，哪怕是IO的时候附上了“O_DIRECT” 和 ”O_SYNC”标志（可以参考《Linux通用块层介绍（part1: bio层）》中的蓄流章节），用户间接产生的...2.寻找进阶合并，参考我之前写的《Linux通用块层介绍（part2: request层）》中对进阶合并的描述，如果bio产生了后向合并，则调用attempt_back_merge试图进行后向进阶合并，

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如何提高Linux下块设备IO的整体性能？

编辑手记：本文主要讲解Linux IO调度层的三种模式：cfp、deadline和noop，并给出各自的优化和适用场景建议。作者简介：邹立巍 Linux系统技术专家。...IO调度发生在Linux内核的IO调度层。这个层次是针对Linux的整体IO层次体系来说的。...通用块层：由于绝大多数情况的io操作是跟块设备打交道，所以Linux在此提供了一个类似vfs层的块设备操作抽象层。下层对接各种不同属性的块设备，对上提供统一的Block IO请求标准。...有一个已经整理好的[Linux IO结构图]，非常经典，一图胜千言：我们今天要研究的内容主要在IO调度这一层。它要解决的核心问题是，如何提高块设备IO的整体性能？...所以，cfq就是试图给所有进程分配等同的块设备使用的时间片，进程在时间片内，可以将产生的IO请求提交给块设备进行处理，时间片结束，进程的请求将排进它自己的队列，等待下次调度的时候进行处理。

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【Linux】Linux文件IO

文件系统缓存主存(通常是DRAM)的一块区域用来缓存文件系统的内容，包含各种数据和元数据。...注意：直接IO的缺点就是如果访问的数据不在应用程序缓存中，那么每次数据都会直接从磁盘进行加载，这种直接加载会非常慢，通常直接IO跟异步IO结合使用会得到较好的性能。...---- O_SYNC 缓存同步为了保证磁盘系统与缓冲区内容一致，Linux系统提供了sync,fsync,fdatasync三个函数。...fsync——将fd对应文件的块缓冲区立即写入磁盘，并等待实际写磁盘操作结束返回。 fdatasync——类似fsync,但只影响文件的数据部分。而除数据外，fsync还会同步更新文件属性。...---- Linux文件IO流程图内核中会有一个线程，不断地将高速页缓冲区中的数据写入到物理磁盘中。

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【Linux】基础IO

今天我们要学习的是基础IO部分，主要涉及内存和外设之间的数据交互。接下来，就让我们共同探讨这部分内容吧，那我们就开始吧！...本文章重点：复习C文件IO相关操作认识文件相关系统调用接口认识文件描述符,理解重定向对比fd和FILE，理解系统调用和库函数的关系理解文件系统中inode的概念认识软硬链接，对比区别认识动态静态库...ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream ); 以二进制的形式从流中读取count个元素，每个元素的大小为size字节，并将它们存储在 ptr 指定的内存块中...3.read函数 read函数是Linux下的一个系统调用接口，C语言的fread函数的底层就是read。作用为从一个特定的文件流中读取内容。...4.close函数 close函数也是Linux下的一个系统调用接口，C语言的fclose底层就是close。参数 fd：就是调用open时的返回值，本质是第一个文件描述符。

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Linux|IO|File IO源码剖析

本文将结合用户态的接口以及内核态的实现剖析文件IO。...Reference: The Linux Programming Interface: Chapter 4/14/15, Kernel/fs 通用接口通用IO包含open/read/write/close...文件创建标志 - 创建以及后续IO的选项，不可读写。...lseek的适用范围是块设备。...通过间接层处理空洞 - 当我们进行SEEK_END时，END到当前的pos会存在空洞，那么Linux并不会为空洞分配block存储，空洞通过为inode系统中的指针打上标记0表明其并未指向实际磁盘块即可

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【Linux】基础IO

件在磁盘⾥磁盘是永久性存储介质，因此⽂件在磁盘上的存储是永久性的磁盘是外设（即是输出设备也是输⼊设备）磁盘上的⽂件本质是对⽂件的所有操作，都是对外设的输⼊和输出简称 IO...件的操作本质是进程对⽂件的操作磁盘的管理者是操作系统⽂件的读写本质不是通过 C 语⾔ / C++ 的库函数来操作的（这些库函数只是为⽤⼾提供⽅便），⽽是通过⽂件相关的系统调⽤接⼝来实现的 2.系统文件IO...不过，在认识系统⽂件IO之前，先要了解下如何给函数传递标志位，该⽅法在系统⽂件IO接⼝中会使⽤到： 2.1⼀种传递标志位的⽅法 # include # define...这样做最明显的好处是，开发者仅需要使⽤⼀套 API 和开发⼯具，即可调取 Linux 系统中绝⼤部分的资源。...可以看出，缓冲区就是⼀块内存区，它⽤在输⼊输出设备和CPU之间，⽤来缓存数据。

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Linux：基础IO

——>其实我们还可以发现这个文件其实就是基类，而外设就是派生类，然后指针指向什么就调用什么对象，这就是多态，只不过Linux必须用C语言写，所以只能用函数指针来完成这个工作！！...4、理解了Linux的一切皆文件后，懂得了文件操作的底层，即使以后在使用其他语言的文件操作时对接口不熟，但只要给时间查一下，很快就会懂得怎么用了！！...——>因为人们在经过大量的工程实验后，发现我们总是或多或少要使用一些多态的特性，比如说写操作系统的人必然也是有可能开发语言的人，他在写的时候就意识到Linux里面很多虚拟化的东西，要不是你必须拿C去写，...——>因为很多地方需要对软件做分层，设置出各种虚拟化的场景（比如刚刚提到的文件虚拟系统就是，只不过Linux必须用C写，否则肯定用C++写更方便） ——>封装、继承、多态！...缓冲区的大小 #define FLUSH_NOW 1 //立刻刷新 #define FLUSH_LINE 2 //行刷新 #define FLUSH_ALL 4 //全刷新 typedef struct IO_FILE

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Linux基础IO

操作文件的本质:进程在操作文件------>因此探讨的是进程与文件的关系. 1.2:默认打开的三个流我们都知道在Linux下一切皆文件,也就是说Linux下的任何东西都可以看作是文件,那么显示器和键盘当然也可以看作是文件...我们在Linux平台下运行C代码时，C库函数就是对Linux系统调用接口进行的封装，在Windows平台下运行C代码时，C库函数就是对Windows系统调用接口进行的封装，这样做使得语言有了跨平台性，也方便进行二次开发...在Linux操作系统中提供了系统接口dup2，我们可以使用该函数完成重定向。...protocol. */ /* Note: Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */ char* _IO_read_ptr...若不存在数据块或申请的数据块已经被写满,则通过遍历块位图的方式找到一个空闲的块号,并在数据区当找到对应的空闲块,再将数据写入数据块,最后还需要建立数据块和inode结构的对应关系.

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聊聊Linux IO

所以后面的讨论基本上是讨论 IO 相关的系统调用和文件系统Page Cache的一些机制。 Linux内核中的IO栈这一小节来看 Linux 内核的 IO 栈的结构。先上一张全貌图[4]： ?...块层，管理块设备的 IO 队列，对 IO 请求进行合并、排序（还记得操作系统课程学习过的IO调度算法吗？）...那Direct IO做了什么？这个机制更狠，直接让用户态和块 IO 层对接，直接放弃Page Cache，从磁盘直接和用户态拷贝数据。好处是什么？...除了传统的 Buffered IO 可以比较自由的用偏移+长度的方式读写文件之外，mmap(2)和 Direct IO 均有数据按页对齐的要求，Direct IO 还限制读写必须是底层存储设备块大小的整数倍...（甚至 Linux 2.4 还要求是文件系统逻辑块的整数倍）。

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Linux IO 模型

fdset 从用户态拷贝到内核态，在高并发下是个巨大的性能开销（可优化为不拷贝）；调用 select 阻塞后，用户进程虽然没有轮询，但在内核还是通过遍历的方式来检查 fd 的就绪状态（可通过异步 IO...在 Linux 2.4 内核前主要是 select 和 poll，自 Linux 2.6 内核正式引入 epoll 以来，epoll 已经成为了目前实现高性能网络服务器的必备技术。...除此之外, epoll 还增加了很多机制, 用来提升性能: mmap（共享内存）：epoll 是通过内核与用户空间 mmap 同一块内存实现的。...mmap 将用户空间的一块地址和内核空间的一块地址同时映射到相同的一块物理内存地址（不管是用户空间还是内核空间都是虚拟地址，最终要通过地址映射映射到物理地址），使得这块物理内存对内核和对用户均可见，减少用户态和内核态之间的数据交换...以下是一个简单的 Java AIO 示例 import java.io.IOException; import java.net.InetSocketAddress; import java.nio.ByteBuffer

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Linux高效IO

IO的五种模型 IO是什么？...（几乎所有提高IO效率的策略都是让等的比重变小）五种IO模型 1.阻塞式IO（遇到一个数据读写一个数据，没有就一直等待） 2.非阻塞式IO，非阻塞轮询（这里时不时回来看一眼没有没数据，有的话进行IO...上面1-4式同步IO。 5.异步IO（自己派一个“工具人”执行IO，怎么执行不重要，重要是能IO就可以了，自己并不参与IO当中，就像父进程创建子进程，让子进程打工一样。）...由此得出：阻塞IO VS 非阻塞IO：等的方式不同。（非阻塞是不一直等）同步IO VS 异步IO：异步是不会去等的，同步都在等。...自从 linux2.6.8 之后，size 参数是被忽略的。用完之后, 必须调用 close()关闭。

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Linux IO 模型

Linux 中主要有五种IO模式：阻塞IO, 非阻塞IO, IO 多路复用，信号驱动IO和异步IO; 如果从同步非同步，阻塞非阻塞角度来看，又可以分为：同步阻塞IO, 同步非阻塞IO，异步阻塞IO和异步非阻塞...IO; 每种IO模型，都有自己的使用模式，他们对于特定的应用程序都有自己的优点：其简单分布如下图所示 ?...每种IO模型都有自己的使用场景，他们对于特定的应用程序都有自己的优点；具体可参考：https://blog.csdn.net/tjiyu/article/details/52959418 XXX TO-DO

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【Linux高级IO】五种IO模型

前言：在信息技术日新月异的今天，Linux操作系统以其强大的稳定性和灵活性，成为了服务器、嵌入式系统以及众多开发者心中的首选平台。...而在Linux系统的广阔天地中，I/O（输入/输出）操作无疑是连接用户与硬件、软件之间的桥梁，其性能的优化直接关系到整个系统的响应速度和数据处理能力。...深入探索Linux的I/O模型，我们不难发现，这些模型不仅仅是数据流动的通道，更是理解系统并发处理、资源调度以及性能调优的关键所在。...让我们一同开启这段充满挑战与收获的旅程，探索Linux高级I/O模型的奥秘，为打造更加出色的系统应用奠定坚实的基础。...总结随着本文的收尾，我们共同完成了对Linux高级I/O模型中五种核心机制的深入探索。

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Linux块设备驱动详解

在Linux中，块的大小必须是2的幂，但是不能超过一个页的大小（4k）。...Linux系统一次读取磁盘的大小是一个块，而不是一个扇区，块设备驱动由此得名。二、块设备处理过程 1、linux 内核中，块设备将数据存储与固定的大小的块中，每个块都有自己的固定地址。...Linux内核中块设备和其他模块的关系如下。 ? 1、块设备的处理过程涉及Linux内核中的很多模块，下面简单描述之间的处理过过程。 ...linux 块设备驱动架构图> ?...（Linux系统中，对块设备的IO请求，都会向块设备驱动发出一个请求，在驱动中用request结构体描述）内核结构如下：. struct request { struct list_head queuelist

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聊聊Linux IO（下）

对应到Linux的Page Cache上所谓Write Through就是指write(2)操作将数据拷贝到Page Cache后立即和下层进行同步的写操作，完成下层的更新后才返回。...Linux下Buffered IO默认使用的是Write back机制，即文件操作的写只写到Page Cache就返回，之后Page Cache到磁盘的更新操作是异步进行的。...磁盘的性能测试在具体的机器上跑服务程序，如果涉及大量IO的话，首先要对机器本身的磁盘性能有明确的了解，包括不限于IOPS、IO Depth等等。...当前的SSD盘很多都以高并发的读取为卖点的，一个线程压根就喂不饱一块SSD盘。一般SSD的IO Depth都在32甚至更高，使用32或者64个线程才能跑满一个SSD磁盘的带宽（同步IO情况下）。...写在最后每天抽出不到半个小时，零零散散地写了一周，这是说是入门都有些谬赞了，只算是对Linux下的IO机制稍微深入的介绍了一点。

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【Linux】基础IO认知

不止是这些的C语言中的对于代码的修改，在Linux操作系统上的echo进行重定向，也能够对文件内容进行修改，所以输出重定向一定是文件操作，并且每次重定向写入的方式是先清空，再写入，其实根本上，这个输出重定向也就是按照...open函数的第一种方式代表的通常都是操作一些已经存在的文件，因为如果直接创建的话，在Linux操作系统中，我们不知道，我们创建的文件的权限是什么，所以说有的时候还会让我们创建的文件的权限出现乱码的情况...由于Linux操作系统一切皆文件，所以其中显示器，键盘的外设，也能够存在于sturct file链表中，所以就有了之前的0，1，2。对于硬件来说的一切皆文件示意图。

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【读懂Linux】基础IO

FILE 因为IO相关函数与系统调用接口对应，并且库函数封装系统调用，所以本质上，访问文件都是通过fd访问的。所以C库当中的FILE结构体内部，必定封装了fd。...Super Block的信息被破坏，可以说整个文件系统结构就被破坏了 GDT，Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息，有兴趣的可以了解一下块位图（Block Bitmap...存储数据该文件需要存储在三个磁盘块，内核找到了三个空闲块：300,500 ， 800 。将内核缓冲区的第一块数据复制到300 ，下一块复制到 500 ，以此类推。 3....内核在 inode 上的磁盘分布区记录了上述块列表。 4. 添加文件名到目录新的文件名abc 。 linux 如何在当前的目录中记录这个文件？...[root@localhost linux]# touch abc [root@localhost linux]# ln abc def [root@localhost linux]# ls -1i

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Linux多种IO模型

Linux多种IO模型阻塞IO阻塞IO模型中，用户进程在内核等待网卡数据和内核数据拷贝到用户缓冲区两个阶段都处于等待状态。...非阻塞IO在非阻塞IO模式下，用户应用执行recvfrom系统调用命令操作时会立即返回结果而不是阻塞用户进程等待命令执行完毕。...IO多路复用无论是阻塞IO还是非阻塞IO，用户应用在一阶段都需要调用recvfrom来获取数据，差别在于无数据时的处理方案：如果调用recvfrom时，恰好没有数据，阻塞IO会使进程阻塞，非阻塞IO...文件描述符（File Descriptor）：简称FD，是一个从0开始递增的无符号整数，用来关联 Linux中的一个文件。...在Linux中，一切皆文件，例如常规文件、视频、硬件设备等，当然也包括网络套接字（Socket）。

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【Linux】Linux文件IO常规操作

前言 Linux 文件 IO 操作指的是在 Linux 系统上对文件进行读取和写入的操作。它是通过与文件系统交互来读取和写入文件中的数据。...在 Linux 中，文件被视为一系列字节的有序集合，每个文件都有一个相关联的文件描述符，用于标识该文件的唯一标识符。文件 IO 操作允许程序从文件读取数据或将数据写入文件。...文件 IO 操作通常包括以下几个主要方面： open函数 int open(char *pathname, int flags); -->#include 参数： pathname...(fd,F_GETFL); flgs|=O_NONBLOCK fcntl(fd,F_GETFL,flgs); 获取文件状态：F_GETFL 设置文件状态：F_SETFL 文件描述符 PCB进程控制块：...与睡眠状态相对的是运行状态，在Linux内核中，处于运行状态的进程分为两种状态：正在被调度执行。

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