在 Linux 中，

1. fsync

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是一个关键的系统调用，用于确保文件数据的持久化存储。其核心原理是强制将文件在内存中的修改（即 页面缓存，Page Cache）同步到物理磁盘。
以下是其工作原理的详细说明：

1. fsync 的核心作用

• 目标：确保文件数据（数据块 + 元数据）从内存的页面缓存持久化到磁盘。
  
• 场景：适用于对数据安全性要求高的应用（如数据库、日志系统）。
  

关键特性：

• 阻塞操作：调用
  1. fsync

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  的进程会等待数据完全写入磁盘后才返回。
  
• 原子性：保证文件在系统崩溃后恢复到
  1. fsync

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  完成时的状态。
  

2. 工作流程

当调用

1. fsync(fd)

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时，Linux 内核会执行以下步骤：

步骤 1：刷新页面缓存

• 数据写入：应用程序通过
  1. write()

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  写入文件时，数据首先存储在 页面缓存（内存中的临时区域）。
  
• 标记脏页：修改过的页面会被标记为“脏页”（Dirty Page），表示未同步到磁盘。
  

步骤 2：触发磁盘同步

• 文件系统驱动：
  1. fsync

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  通知文件系统（如 ext4、XFS）将脏页数据写入磁盘。对于日志文件系统（如 ext4），可能先写入日志（Journal）以保证一致性。
  
• 块设备层：文件系统将逻辑块地址转换为物理块地址，生成 I/O 请求。
  
• 磁盘控制器：I/O 请求被发送到磁盘控制器，数据最终写入磁盘的物理介质。
  

步骤 3：等待确认

• 1. fsync

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  会阻塞调用进程，直到磁盘返回写入完成的确认信号。
  
• 如果磁盘启用了写入缓存（Write Cache），可能需要额外指令（如
  1. FLUSH_CACHE

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  ）确保数据落盘。
  

3. fsync vs fdatasync

• 1. fsync

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  ：同步文件数据 和元数据（如 inode 的修改时间、文件大小等）。
  
• 1. fdatasync

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  ：仅同步文件数据，跳过不必要的元数据同步（性能更高）。
  
• 选择依据：若不需要元数据强一致性（如临时文件），优先用
  1. fdatasync

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  。
  

4. 文件系统的影响

不同文件系统对

1. fsync

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的实现优化不同：
文件系统优化行为ext4默认启用日志（Journal），写入日志后即可返回，减少 fsync 的延迟。XFS延迟分配磁盘空间，合并多次写入，减少 I/O 次数。Btrfs写时复制（Copy-on-Write）可能增加元数据操作，但支持原子性快照恢复。
5. 硬件与内核的影响

磁盘写入缓存（Write Cache）：

• 若磁盘缓存启用，
  1. fsync

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  返回时数据可能仍在缓存中，未真正持久化。
  
• 需通过
  1. hdparm -W0 /dev/sdX

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  禁用缓存，或使用 屏障写入（Barrier）确保落盘。
  

内核参数：

• 1. vm.dirty_expire_centisecs

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  ：控制脏页刷新周期。
  
• 1. vm.dirty_writeback_centisecs

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  ：后台刷新线程的运行频率。
  

6. 性能问题与优化

性能瓶颈：频繁调用

1. fsync

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会导致高延迟（如数据库事务日志）。
优化策略：

• 批量写入：合并多次写操作后调用一次
  1. fsync

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  。
  
• 异步 I/O：使用
  1. aio_fsync

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  非阻塞同步（需结合回调机制）。
  
• 绕过页面缓存：直接 I/O（O_DIRECT）避免缓存，但牺牲内核优化。
  

7. 应用场景示例

• 数据库系统（如 PostgreSQL）：事务提交时调用
  1. fsync

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  ，确保 WAL（Write-Ahead Log）落盘。
  
• Redis AOF：根据
  1. appendfsync

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  配置决定同步频率（见用户前序问题）。
  
• 日志文件：关键日志条目后调用
  1. fsync

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  ，防止系统崩溃丢失记录。
  

总结

1. fsync

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是 Linux 数据持久化的基石，其工作原理涉及内核页面缓存、文件系统驱动和磁盘硬件的协作。合理使用需权衡 性能 与 数据安全性，并结合文件系统特性与硬件配置进行优化。
以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

来源：https://www.jb51.net/server/339158il1.htm
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