原载于微信公众号：小轻666
前言
本人程序员，会日常分享一些技术笔记。尽量从程序员日常会接触到的东西开始，往深说那么一点。每篇不说多，说多了大家也看不进去。
上一篇聊了，我们的程序里调用 write (fwrite) 写入文件的时候，并没有直接写到磁盘。而是又经历了 2 层缓存，才到磁盘的。如果写程序时不加注意，运行完程序，一拔磁盘，可能会发现磁盘里可能并没有咱写入的内容。（详见上一篇~）
那我们写入文件的时候，有没有可能绕过缓存呢？可以的。今天就来对比下，这两种写入文件的方式。
普通写入方式（Buffered IO）
最常见的写入方式，都是有缓存的，因此也叫 Buffered IO (翻译: “缓冲输入输出”)。
大致如图：
在默认场景下，我们用的都是这种。
它有啥弊端？
- 数据额外经历了缓存，也就意味着多一次数据拷贝，消耗了额外的 CPU。
- 数据在写入磁盘前，都在缓存里，这就占用了额外的内存。
为了避免这些弊端，不用缓存不就行了？可以，那我们来介绍下 direct IO。
Direct IO（直接 IO）
如果没有中间的缓存，一切就很清爽：
这就是所谓的直接 IO（Direct IO）。
Direct IO 因为不再有缓存，所以：
- 不再需要将数据从用户空间拷贝到缓存，节省了 CPU。
- 不需要在内存中维护缓存了，节省了内存。
听起来 direct IO 很美好，而 buffered IO 很愚蠢？那为什么编程时默认都采用 buffered IO 呢？
为什么默认使用 buffered IO？
原因是，和磁盘每交互一次，相比于和内存的交互，都是很慢的。使用 direct IO 的时候，每次写入数据都要直接和磁盘交互，这个交互的频率太高了，这就会导致整体的写入速度很慢。而如果像 buffered IO 这样，把几次要写入的数据缓存起来，再统一和磁盘交互一次，就快得多。
（注：和磁盘的交互是毫秒级别的，和内存的交互是纳秒级别的，差了几个数量级）
请看图：
也就是说，buffered IO 通过引入缓存，降低了和磁盘交互的频率，提高了数据写入的速度。在绝大多数场景下，buffered IO 的性能都是优于使用 direct IO 的。
因此，它也就成为了默认的写入模式。
Direct IO 有什么用？怎么用？
那 Direct IO 既然慢，还有应用场景吗？
有的。
上面说的 direct IO 慢的原因，就在于其 “高频小量” 写入。
只要我们能通过程序逻辑，不 “高频小量” 的写入，而是每次都写入一块大的数据，就没有上面提到的，和磁盘交互次数过多的问题啦。
在一些场景下，我们的程序里已经攒好了大块大块的数据。这种场景下，就可以通过 direct IO 将数据整块整块的写入磁盘。这样，我们既绕过了 buffered IO 的缓存，节约了 CPU 和内存，同时也不会因为和磁盘交互过多而拖累速度。
举个例子：
一个日志系统，通常为了避免阻塞主程序，会进行 “异步写入”，也就是先把日志内容拷贝到一个缓冲区里，后续再写到磁盘。在这种场景下，在我们一次次调用 “写入日志” 接口的时候，一段一段短小的日志，就会积聚在这个大的缓冲区里。而日志系统，就可以把这些积聚好的内容，整块整块的放入磁盘。这时使用 direct IO，因为每次都放入一大块数据，就不会有速度慢的问题，同时可以比 buffered IO 更加节省 CPU 和内存。
后续
先总结一下：在大多数场景下，直接用 buffered IO 会比直接用 direct IO 性能更好，但在一些场景下，尤其是程序里已经维护了用户态缓存的情况下，可以通过 direct IO，绕过 page cache 直接写入文件。这样，可以节省 page cache 带来的 CPU 和内存开销。
本篇主要从概念上讲解了 direct IO，从编程实操的角度，还有一些需要注意的地方，请关注后续更新~
另外，除了 buffered IO 和 direct IO，还有其他写入文件的方式，这个也留在后面再聊~
大家有什么想了解的，欢迎留言~
