Linux系統：保證數據安全落盤

在很多IO場景中，我們經常需要確保數據已經安全的寫到磁盤上，以便在系統宕機重啟之后還能讀到這些數據。但是我們都知道， linux系統 的IO路徑還是很復雜的，分為很多層，每一層都可能會有buffer來加速IO讀寫。同時，用戶態的應用程序和庫函數也可能擁有自己的buffer，這又給IO路徑增加了一些復雜性。可見，要想保證數據安全的寫到磁盤上，并不是簡單調一個write/fwrite就可以搞定的。
那么要怎么做呢？很多人會想到很多辦法，比如：fflush()、fsync()、fdatasync()、sync()、open()使用O_DIRECT或O_SYNC標志等。嗯，這些手段（或者某些組合）的確可以保證數據安全的持久化，那么它們之間有什么區別呢？fflush()和fsync()有啥區別？O_DIRECT是啥意思，它可以保證數據安全的持久化嗎？O_DIRECT和O_SYNC區別什么？O_SYNC和fsync()呢？fsync能完成msync的功能嗎？本文將試圖理解、解釋這些概念的作用和區別。

所謂一圖勝千言，為了解析清楚這些概念的區別，我特意畫了一張圖，仔細看，應該可以清晰的看出它們的作用和區別。

這里重點說一下O_DIRECT和O_SYNC，首先要明確的是，O_DIRECT只是說數據不會經過page cache（一般用在用戶態自己管理buffer）而是直接提交給塊設備層，但是不會同步等待數據安全寫入磁盤之后才返回（比如數據可能還在塊層排隊或者在磁盤自己的cache中）。而O_SYNC標志，雖然數據還是會寫page cache，但是此時會采用write through的策略，并同步等待數據安全寫入磁盤后才會返回。因此如果同時使用O_DIRECT和O_SYNC，則表示數據不會經過page cache并同步等待數據安全寫入磁盤才返回，當然這樣IO的性能會非常低下。
由于O_DIRECT會bypass page cache，因此如果有另一個進程使用普通的方式讀文件，有可能會出現數據不一致的現象，這個也需要注意。
為了做一下輔助說明，此處我貼一下我探討過程中看過的一些資料。首先是引用open系統調用：
http://man7.org/linux/man-pages/man2/open.2.html 
相關參數的說明：

以及innodb相關的文檔：
https://lwn.net/Articles/457667/

fsync和fdatasync的區別：
http://man7.org/linux/man-pages/man2/fsync.2.html

msync:
http://man7.org/linux/man-pages/man2/msync.2.html

其實還有一種IO模式，就是DAX（Direct Access ），是不是看上去和O_DIRECT很像。這種模式需要filesystem和block driver都支持才可以，一般主要用在non volatile memory上，本質上也是繞過page cache直接操作設備。DAX本文先不做深入探討，后面我會自己寫一個支持DAX模式的ramdisk塊設備驅動，然后格式化為ext4文件系統并-o dax模式掛載，再來詳細研究DAX的IO路徑。
最后附上Linux在常見場景下的io路徑跟蹤：
https://my.oschina.net/fileoptions/blog/3061822