9、Linux文件I/O与缓冲机制详解

Linux文件I/O与缓冲机制详解

1. VFS对系统程序员的重要性

对于系统程序员而言，虚拟文件系统（VFS）的影响十分重要。程序员无需担忧文件所在的文件系统类型或存储介质。像 read() 、 write() 这类通用系统调用，能够对任何受支持的文件系统和存储介质上的文件进行操作。

2. 页面缓存（Page Cache）

页面缓存是内存中用于存储最近从磁盘文件系统访问的数据的区域。磁盘访问速度极慢，尤其是与如今的处理器速度相比。将请求的数据存储在内存中，内核就能从内存中满足后续对相同数据的请求，避免了重复的磁盘访问。

页面缓存利用了时间局部性的概念，即某一时刻访问的资源在不久的将来很可能会再次被访问。因此，首次访问数据时消耗内存进行缓存是值得的，因为它避免了未来昂贵的磁盘访问。

内核首先会在页面缓存中查找文件系统数据。只有当缓存中未找到数据时，内核才会调用内存子系统从磁盘读取数据。所以，首次读取任何数据项时，数据会从磁盘传输到页面缓存，然后从缓存返回给应用程序。如果再次读取该数据，直接从缓存返回即可。所有操作都通过页面缓存透明执行，确保缓存中的数据相关且始终有效。

Linux的页面缓存大小是动态的。随着I/O操作将越来越多的数据带入内存，页面缓存会不断增大，占用所有可用内存。如果页面缓存最终耗尽了所有可用内存，并且有新的内存分配请求，页面缓存会进行修剪，释放最少使用的页面，为“实际”的内存使用腾出空间。这种修剪过程无缝且自动进行。动态大小的缓存使Linux能够利用系统中的所有内存，并尽可能多地缓存数据。

然而，通常将很少使用的数据块交