Linux I/O 块对齐的疑问

[pabno]

最近在看《 linux 系统编程》书的时候，有提到一个概念，就是 read/write 数据时，数据的大小最好与块大小对齐：比如块大小 1k，那么每次调用 read/write 的数据大小最好是 1k 的整数倍，这样会提高性能

里面提到了一个测试：针对 2m 的数据，每次写 1130 字节会比每次写 1024 字节表现更差，因为 1130 不是 1k 的倍数，即没有与块对齐

这里有个疑问： 每次 read/write 实际上都是针对页缓存操作的，后续由操作系统负责页回写到设备。那用户进程每次写的 batch 更大，不是意味着系统调用会更少，整体开销不是会更少吗？跟块设备进行交互的是块读取和块写入，而这个过程并不是发生在 read/write 的流程里的（不阻塞的意思），而是由内核处理， 那么块对齐的优势是体现在哪个方面？

还是说我哪个点理解有错？

[Mirana]

io 分为 buffer 写和非 buffer 写，由 open 的时候带的参数控制

[May725]

我的理解是这样的,
假如要读 5k 数据，块大小 1k，如果按照每次读 1k，只需要读 5 次即可完成，累计从磁盘读出 5k 的数据。
如果每次读 1.5k ， 则要读 5/1.5 ，取整要读 4 次，由于是整块读，即 2k 读一次，至少累计从磁盘读出 7k 的数据。
5k < 7k，所以优势就出来了。
当然，这是基于 linux 的 read write 不带缓冲导致的，c 语言的 fread fwrie 这些是带缓冲的。

以上有问题的话，希望大佬指出哈。

[kkk330]

前不久也刚看完这本书，应该是第 67 页的内容，我的理解是
1. 在用户空间对齐可以避免内核再进行对齐操作，这也是标准 io 库有缓冲区的原因之一，而且按书中描述“避免内核内其他冗余操作”，暗示应该还有其他操作
2. 在对齐的前提下，写入的 batch 比较大确实会减少系统调用，可以测试一下，但我记得越大效果越不明显

[neoblackcap]

是的，是对页操作。但是如果每页都是 512B，然后 1130 完全不对齐的话，那么就是每次需要操作 3 页，页用完了就需要换页，这个换页成本就高了。

[vk42]

@May725 Linux 的 read 和 write 是 buffered I/O，除非文件是用 O_DIRECT 打开的

没看过书原文，从你介绍里面感觉书里的观点有点太死板了，实际应用可能有很多情况。不对齐可能有负面影响的例子很多，比如内核要做 padding，另外如果是 overwrite，写不满整页还要内核先把原有内容读出来等等

[pabno]

@May725 这里你可以理解有误，read/write 如果不指定 O_DIRECT 都话，都是带内核缓冲区的，fread/fwrite 是带了用户空间缓冲区

[pabno]

@Mirana 如果说是不经过 buffer 的，那倒是可以理解

[pabno]

@vk42 书中其实是有说明不指定 O_DIRECT 时，是带用内核缓冲区带。

我的疑问是，用户进程每次其实都是在跟内核缓冲区交互，比如我写入 1.5 页数据时，虽然多出的 0.5 页数据没有对齐，但是在页缓存有预读机制。可能在写这 0.5 页时，他对应的那一页数据已经预读到内核缓冲区中了，这时其实就是内存到内存的复制了，这种场景是否对齐已经不重要了？

另外如果系统页回写足够块，比如我写入 0.5 页数据后，页已经回写且淘汰了，我下次再写 0.5 页时，就要再一次读一页的数据到内核缓冲区并修改数据，然后页回写。这种场景页对齐就能减少开销。

不知道我这理解是否正确

[vk42]

@pabno 离开具体案例分析意义不大，可能的情况太多了，而且现实中还有文件系统在中间。看书学习的话先知道有个块对齐的情况就行了

[pabno]

@vk42 确实，如果 case 太多，很难理解完全，理解完全也不一定真的有指导意义，只是有点好奇这个问题