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磁盤IO的幾種訪問方式如下：

緩存IO

       緩存I/O又被稱作標(biāo)準(zhǔn)I/O，大多數(shù)文件系統(tǒng)的默認(rèn)I/O操作都是緩存I/O。在Linux的緩存I/O機(jī)制中，數(shù)據(jù)先從磁盤復(fù)制到內(nèi)核空間的緩沖區(qū)，然后從內(nèi)核空間緩沖區(qū)復(fù)制到應(yīng)用程序的地址空間。

       讀操作：操作系統(tǒng)檢查內(nèi)核的緩沖區(qū)有沒有需要的數(shù)據(jù)，如果已經(jīng)緩存了，那么就直接從緩存中返回；否則從磁盤中讀取，然后緩存在操作系統(tǒng)的緩存中。

       寫操作：將數(shù)據(jù)從用戶空間復(fù)制到內(nèi)核空間的緩存中。這時對用戶程序來說寫操作就已經(jīng)完成，至于什么時候再寫到磁盤中由操作系統(tǒng)決定，除非顯示地調(diào)用了sync同步命令。

       緩存I/O的優(yōu)點：1）在一定程度上分離了內(nèi)核空間和用戶空間，保護(hù)系統(tǒng)本身的運(yùn)行安全；2）可以減少讀盤的次數(shù)，從而提高性能。

       緩存I/O的缺點：數(shù)據(jù)在傳輸過程中需要在應(yīng)用程序地址空間和緩存之間進(jìn)行多次數(shù)據(jù)拷貝操作，這些數(shù)據(jù)拷貝操作所帶來的CPU以及內(nèi)存開銷是非常大的。

圖 1. 以標(biāo)準(zhǔn)的方式對文件進(jìn)行讀寫

直接IO

       直接IO就是應(yīng)用程序直接訪問磁盤數(shù)據(jù)，而不經(jīng)過內(nèi)核緩沖區(qū)，這樣做的目的是減少一次從內(nèi)核緩沖區(qū)到用戶程序緩存的數(shù)據(jù)復(fù)制。比如說數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)這類應(yīng)用，它們更傾向于選擇它們自己的緩存機(jī)制，因為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)往往比操作系統(tǒng)更了解數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以提供一種更加有效的緩存機(jī)制來提高數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的存取性能。

       直接IO的缺點：如果訪問的數(shù)據(jù)不在應(yīng)用程序緩存中，那么每次數(shù)據(jù)都會直接從磁盤加載，這種直接加載會非常緩存。通常直接IO與異步IO結(jié)合使用，會得到比較好的性能。（異步IO：當(dāng)訪問數(shù)據(jù)的線程發(fā)出請求之后，線程會接著去處理其他事，而不是阻塞等待）

 圖2. 數(shù)據(jù)傳輸不經(jīng)過操作系統(tǒng)內(nèi)核緩沖區(qū)

內(nèi)存映射

       內(nèi)存映射是指將硬盤上文件的位置與進(jìn)程邏輯地址空間中一塊大小相同的區(qū)域一一對應(yīng)，當(dāng)要訪問內(nèi)存中一段數(shù)據(jù)時，轉(zhuǎn)換為訪問文件的某一段數(shù)據(jù)。這種方式的目的同樣是減少數(shù)據(jù)在用戶空間和內(nèi)核空間之間的拷貝操作。當(dāng)大量數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)臅r候，采用內(nèi)存映射方式去訪問文件會獲得比較好的效率。

       使用內(nèi)存映射文件處理存儲于磁盤上的文件時，將不必再對文件執(zhí)行I/O操作，這意味著在對文件進(jìn)行處理時將不必再為文件申請并分配緩存，所有的文件緩存操作均由系統(tǒng)直接管理，由于取消了將文件數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存、數(shù)據(jù)從內(nèi)存到文件的回寫以及釋放內(nèi)存塊等步驟，使得內(nèi)存映射文件在處理大數(shù)據(jù)量的文件時能起到相當(dāng)重要的作用。

圖 3. 內(nèi)存映射方式訪問

參考：

Linux 中直接 I/O 機(jī)制的介紹：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-directio/

內(nèi)存映射文件原理探索：http://blog.csdn.net/mg0832058/article/details/5890688