linuxio读写 linux文件读写操作

本文目录一览：

• 1、Linux磁盘IO、网络IO、零拷贝详解
• 2、Linux系统IO读写优化实践linuxio读写
• 3、如何在Linux机器中测试存储/磁盘I/O性能?
• 4、Linux下玩转IO命令io命令linux

Linux磁盘IO、网络IO、零拷贝详解

mmap（内存映射）是另一种内存管理机制，它将页缓存地址空间映射到用户空间，允许用户进程直接对页缓存进行读写操作，实现了一种特殊的缓存I/O。Linux中的五大网络I/O模型包括BIO（阻塞模式IO）、NIO（非阻塞模式IO）、I/O多路复用模型、信号驱动IO和异步IO（AIO）。

直接IO：原理：减少操作系统内核缓冲区和应用程序地址空间的数据拷贝次数，降低CPU使用和带宽开销。适用场景：适用于传输数据量大且不需要操作系统内核地址空间拷贝数据参与的情况。实现：在Linux中，通过打开文件时指定O_DIRECT标示符来使用直接IO。

缓冲IO：先将数据从磁盘读到内核空间，再复制到用户空间。直接IO：省去数据从内核空间到用户空间的复制环节，减少系统缓存管理，但可能导致性能下降。零拷贝技术：在数据从磁盘到网络传输时，零拷贝技术避免了数据在用户空间的复制，提高了传输效率。但零拷贝技术在网络到用户空间时则不适用。

回顾前面说道文件传输过程，其中第一步都是先需要先把磁盘文件数据拷贝「内核缓冲区」里，这个「内核缓冲区」实际上是磁盘高速缓存(PageCache)。由于零拷贝使用了 PageCache 技术，可以使得零拷贝进一步提升了性能，我们接下来看看 PageCache 是如何做到这一点的。

数据拷贝存在性能损耗，以网络服务器为例。浏览器请求网页数据时，服务器仅需从磁盘读取文件并发送。看似简单的两行代码实则涉及四次数据拷贝及四次上下文切换。优化思路是零拷贝技术，即通过操作系统设计减少数据在用户态与内核态间的传输。零拷贝技术有三种主要方向。

零拷贝(Zero-Copy)技术旨在减少数据读写过程中不必要的CPU拷贝，以此提高处理效率。在数据传输过程中，有本地文件拷贝和通过socket进行文件传输两种方式，两者区别不大，只是文件数据最终的去向不同。以下以socket文件传输为例，介绍传统IO向零拷贝的演化过程。介绍零拷贝前，先了解传统IO。

Linux系统IO读写优化实践linuxio读写

通过修改系统参数和I/O进程的优先级，来加快高优先级I/O进程的处理速度，提高I/O请求的处理效率。 把Fsync功能增强到实时Fsync，确保Linux系统的数据完整性和数据的实时性，提高I/O写的性能。 为服务器添加I/O控制卡（controllers）或磁盘缓存设备（cache），加快读写速度，降低I/O延迟。

I/O为Input/Output的缩写，在Linux环境下，I/O 就是从Linux系统获取（读取）或者输出（写入）计算机数据的操作。在Linux系统中，有很多不同的I/O命令或工具，可以更加方便、快捷地读取和输出文件，这也是Linux系统被广泛使用的原因。

主要是针对磁盘长期满负荷运转的使用场景（例如http代理服务器）；另外有一个小技巧，针对互联网图片服务器，可以将io性能提升数倍。如果为服务器订制一个专用文件系统，可以完全解决文件碎片的问题，将磁盘io的性能发挥至极限。

**fio**： fio是一个非常强大和灵活的磁盘I/O测试工具，它可以模拟各种不同的I/O场景，包括顺序读写和随机读写。使用fio，您可以准确地测量磁盘在不同工作负载下的性能。

IO调度层 ：因为绝大多数的块设备都是类似磁盘这样的设备，所以有必要根据这类设备的特点以及应用的不同特点来设置一些不同的调度算法和队列。以便在不同的应用环境下有针对性的提高磁盘的读写效率，这里就是大名鼎鼎的Linux电梯所起作用的地方。针对机械硬盘的各种调度方法就是在这实现的。

存储设备的I/O栈包含系统调用接口、内核空间以及设备驱动层。结合简图，Buffered IO、mmap、Direct IO机制与Linux I/O栈之间的联系一目了然。Buffered IO使用`read`读取文件时，先在Page Cache中查找所需数据，若不存在则创建映射，请求到达块设备层，数据从磁盘传输至Cache，最后读取至用户态缓冲区。

如何在Linux机器中测试存储/磁盘I/O性能?

1、在Linux机器中测试存储/磁盘I/O性能，可以采取以下几种方法： 使用dd命令 写入性能测试：运行dd if=/dev/zero of=testfile bs=1G oflag=direct命令，这会创建一个1GB的文件并测试写入性能。通过分析输出结果，可以了解磁盘的写入速度和延迟。

2、Linux 磁盘性能关键指标包括利用率、饱和度、IOPS、吞吐量与响应时间。利用率表示磁盘处理 I/O 的时间占比，过高（如超过80%）常提示性能瓶颈。饱和度代表磁盘处理繁忙程度，100%饱和表示无法接受新 I/O 请求。IOPS 是每秒 I/O 请求数量，吞吐量则指每秒请求大小，响应时间表示请求与响应间间隔。

3、cpuburn专为Linux设计，通过运行特定于CPU架构的高压力运算，使CPU达到其最大热产生状态，适用于测试系统的散热性能以及CPU稳定性。虽然它未必在所有系统中都提供，但通常可以从相关的软件仓库或源码编译获得。

4、首先，如果你需要sudo或root权限，可以按照教程安装Fio。对于Ubuntu和Debian用户，可以直接使用apt-get或yum命令安装；对于CentOS，可能需要先安装EPEL仓库。在安装完成后，你可以通过执行随机写、读和读写测试来验证磁盘性能。例如，随机写测试会同时写入4GB的文件，随机读测试则会读取2GB的随机数据。

Linux下玩转IO命令io命令linux

Linux异步IOlibaio教程要点如下：核心流程：创建IO上下文：使用io_setup函数初始化io_context_t结构，该结构包含共享完成队列。提交请求：通过io_submit函数提交IO请求。获取事件：使用io_getevents函数获取IO操作完成的事件。核心数据结构：iocb：在io_submit中扮演重要角色，用于描述IO请求。

Linux网络编程中，网络IO的主要职责包括以下几个方面：连接的建立与断开：建立连接：使用accept函数接收来自客户端的TCP连接请求，或使用connect函数主动连接到服务器。断开连接：使用close函数主动断开连接，或者通过recv/read、send/write等函数的返回值判断连接是否被对方断开。

io_uring是Linux 1引入的异步IO接口，专为IO密集型应用设计。它旨在解决Linux下异步IO接口性能差、不完善的现状，替代原有aio接口。io_uring实现依赖于三个核心系统调用。用户和内核通过提交和完成队列进行任务的提交与获取。

在Linux系统中查看磁盘IO状态的操作指南如下：使用iostat命令：命令格式：iostat [选项] [时间间隔] [次数]常用选项：x：显示扩展的统计信息，包括设备利用率、I/O等待时间等。k：以KB为单位显示数据。示例：iostat x k 1 10，表示每隔1秒显示一次扩展统计信息，共显示10次。