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高级文件 I/O 技术详解

1. 缓冲区与内核页缓存

在进行文件 I/O 操作时，如果内存不是限制因素，分配一个中等至较大的缓冲区并通过它执行 I/O 操作会有所帮助。确定缓冲区的大小需要在目标平台上进行一些研究。早期，管道 I/O 使用大小为一页的内核缓冲区，而在现代 Linux 内核中，管道 I/O 缓冲区的默认大小增加到了 1MB。

当进程或线程使用fread(3)或fwrite(3)等库层 API 执行文件 I/O 时，这些操作最终会通过read(2)和write(2)系统调用传递给底层操作系统。但实际上，这些读写系统调用并非同步的，它们可能在实际 I/O 完成之前就返回。

在 Linux 内核中，每个文件 I/O 操作都会被缓存在一个名为页缓存的全局内核缓存中。当进程向文件写入数据时，数据缓冲区不会立即刷新到底层块设备（如磁盘或闪存存储），而是先缓存在页缓存中。同样，当进程从底层块设备读取数据时，数据缓冲区也不会立即复制到用户空间进程的内存缓冲区，而是先存储在页缓存中，进程实际上会从这里接收数据。

这种内核页缓存的好处在于利用了缓存的关键特性，即缓存内存区域（RAM）和被缓存区域（块设备）之间的速度差异，从而显著提高性能。因为页缓存位于 RAM 中，当应用程序读取文件数据时，几乎可以保证缓存命中，从 RAM 读取数据的速度远快于从存储设备读取。

2. 向内核提供文件 I/O 模式提示

内核会将所有文件 I/O 操作缓存在其页缓存中，这通常对性能有益。但在某些情况下，缓存可能