c - 为什么使用 fsync() 刷新写入磁盘可以加快访问速度？

Question

我们需要一个应用程序尽可能地保证当它报告记录时确实存在。我知道要执行此操作，您需要使用 fsync(fd)。然而，由于某些奇怪的原因，使用 fsync() 似乎加快了写入磁盘的代码，而不是像人们预期的那样减慢它的速度。

一些示例测试代码返回以下结果:

no sync() seconds:0.013388   writes per second:0.000001 
   sync() seconds:0.006268   writes per second:0.000002

下面是产生这些结果的代码:

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>

void withSync() {
    int f = open( "/tmp/t8" , O_RDWR | O_CREAT );
    lseek (f, 0, SEEK_SET );
    int records = 10*1000;
    clock_t ustart = clock();
    for(int i = 0; i < records; i++) {
        write(f, "012345678901234567890123456789" , 30);
        fsync(f);
    }
    clock_t uend = clock();
    close (f);
    printf("   sync() seconds:%lf   writes per second:%lf\n", ((double)(uend-ustart))/(CLOCKS_PER_SEC), ((double)records)/((double)(uend-ustart))/(CLOCKS_PER_SEC));
}

void withoutSync() {
    int f = open( "/tmp/t10" , O_RDWR | O_CREAT );
    lseek (f, 0, SEEK_SET );
    int records = 10*1000;
    clock_t ustart = clock();
    for(int i = 0; i < records; i++) {
        write(f, "012345678901234567890123456789" , 30 );
    }
    clock_t uend = clock();
    close (f);
    printf("no sync() seconds:%lf   writes per second:%lf \n", ((double)(uend-ustart))/(CLOCKS_PER_SEC), ((double)records)/((double)(uend-ustart))/(CLOCKS_PER_SEC));
}

int main(int argc, const char * argv[])
{
    withoutSync();
    withSync();
    return 0;
}

Answer 1

问题在于您尝试为 I/O 写入计时的方式。您在语义上想要测量 I/O 记录写入之间的挂钟时间，但您使用的是 C 库函数 clock，它测量 CPU 执行时间而不是总时间过去。将 clock_gettime 与时钟选择 CLOCK_MONOTONIC 一起使用，或者理想情况下，CLOCK_MONOTONIC_RAW(后者是 Linux 扩展)。

您不是在收集调用 clock 之间经过的总时间:您是在收集进程旋转 CPU 周期的时间量的估计值。您的磁盘 I/O(具体来说，对 write 和 fsync 的调用)是阻塞的，这意味着每个系统调用都由内核代表您处理，并且不会在您的进程上下文中消耗 CPU。因此，您需要测量 wall-clock time 的实际差异，这听起来是真实世界中经过的总时间，超出了您的测试程序进程的范围。实际上，您根本不关心 fsync 的 CPU 时间。大多数 I/O 操作的执行时间不会被内核甚至 CPU 处理；这将是由于磁盘 Controller 。

此外，较小的记录大小也可以作为基准。这是同步 I/O 的常见用例(例如，为事务日志写入元数据)。要获得较大记录大小的时序稳定性，只需显着增加每个计时器间隔和平均/摊销的循环迭代次数。这将准确地模拟同步写入和刷新的小阻塞记录的成本。

请考虑使用 fdatasync 来提高性能。