Buffered I/O and non-buffered I/O

实验需要对Flash Disk做无系统缓冲的I/O操作，顺便了解了一下Linux下的I/O.

Linux上的块设备的操作可以分为两类：

• 第一类是使用C标准库中的fopen/fread/fwrite 系列的函数，我们可以称其为 buffered I/O。

具体的I/O path如下

Application<->Library Buffer<->Operation System Cache<->File System/Volume Manager<->Device

library buffer是标准库提供的用户空间的buffer，可以通过setvbuf改变其大小。

• 第二类是使用Linux的系统调用的open/read/write 系列的函数，我们可以称其为 non-buffered I/O。

I/O Path

Application<-> Operation System Cache <->File System/Volume Manager<->Device

此外，我们可以通过设置open的O_DIRECT标志来实现Direct I/O（或者叫Raw I/O）,即绕过OS Cache,直接读取Device ( that's what we want^o^ ), 等于将OS cache换成自己管理的cache。不过，Linus在邮件列表中建议不这么做，而是使用posix_fadvice, madvice。中表明Direct I/O比buffered I/O的性能高很多。

在使用O_DIRECT的注意buffer的address必须是block alignment的(i.e. 初始地址必须是boundary), 可以用posix_memalign()函数分配内存以得到这样的buffer。至于为什么要这样，与实现的mmap有关，参见.

参考:

1. Linux: Accessing Files With O_DIRECT
2. Andrea Arcangeli , O_DIRECT Whitepaper
3. A Trip Down the Data Path: I/O and Performance
4. Operating Systems System Calls and I/O
5. Linux Device Drivers, 2nd Edition, Chapter 13 mmap and DMA
7. http://lists.alioth.debian.org/pipermail/parted-devel/2007-July/thread.html#1855
8. Read系统调用剖析, http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-read/