DirectIO和PageCache

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PageCache

PageCache一页有4KB左右。

当需要写入磁盘的时候，若每写入一个字节数据就调用IO，这样效率就太低了，所以在操作系统的底层会有一个缓冲区，叫做PageCache，当PageCache中存满了，再写入磁盘，这样大大减少了磁盘IO的次数。

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上图是写入磁盘的过程，我们使用MMap或者是FileChannel都会经过PageCache层。例如，我们使用FileChannel的时候，先写进DirectByteBuffer中，当buffer中数据满的时候，先写入PageCache，再写入磁盘（操作系统完成）。

同样的，读取数据也是一样的，将数据以及其邻近的一些数据读取到PageCache。

例如，当用户发起一个 fileChannel.read(4kb) 之后，实际发生了两件事

  1. 操作系统从磁盘加载了 16kb 进入 PageCache，这被称为预读
  2. 操作通从 PageCache 拷贝 4kb 进入用户内存

最终我们在用户内存访问到了 4kb，为什么顺序读快？很容量想到，当用户继续访问接下来的[4kb,16kb]的磁盘内容时，便是直接从 PageCache 去访问了。试想一下，当需要访问 16kb 的磁盘内容时，是发生4次磁盘 IO 快，还是发生1次磁盘 IO+4 次内存 IO 快呢？答案是显而易见的，这一切都是 PageCache 带来的优化。

DirectIO

虽然PageCache很好，但是我们有时候并不希望使用PageCache。

  • 当我们有时候进行随即读的时候，其实有时候并不需要PageCache的预读。

  • PageCache是操作系统层面上的概念，用很难干预，User BufferCache显然比PageCache要可控的多。

  • 当操作系统回收 PageCache 内存的速度低于应用写缓存的速度时，会影响磁盘写入的速率，直接表现为写入 RT 增大，这被称之为“毛刺现象”。

而DirectIO可以绕过PageCache。