O_DIRECT 的真正含义是什么？

如果我打开一个文件O_DIRECT标志，这是否意味着每当对该文件的写入（阻塞模式）返回时，数据都在磁盘上？

（这个答案适用于 Linux - 其他操作系统可能有不同的警告/语义）

我们先从子问题开始：

如果我打开带有 O_DIRECT 标志的文件，是否意味着每当对该文件的写入（阻塞模式）返回时，数据都在磁盘上？

No (as @michael-foukarakis 评论) - 如果您需要保证您的数据已到达非易失性您必须使用/添加其他东西的存储。

O_DIRECT 的真正含义是什么？

It's a hint您希望您的 I/O 绕过Linux内核的缓存。实际发生的情况取决于以下因素：

• 磁盘配置
• 无论您是打开块设备还是文件系统中的文件
• If using a file within a filesystem
  • 使用的确切文件系统以及文件系统和文件上使用的选项
  • 您是否已正确对齐 I/O
  • 文件系统是否必须进行新的块分配以满足您的 I/O
• 如果底层磁盘是本地的，那么在到达磁盘块设备之前，内核存储堆栈中有哪些层
• Linux内核版本
• ...

上面的列表并不详尽。

在“最佳”情况下，设置O_DIRECT将避免在传输数据时制作额外的数据副本，并且调用将在传输完成后返回。当直接打开“真实”本地磁盘的块设备时，您更有可能遇到这种情况。如前所述，即使是这个属性不保证成功的数据write()通话不会突然断电。如果数据从 RAM DMA 到非易失性存储（例如电池支持的 RAID 控制器）或者 RAM 本身是持久存储，那么您may保证数据能够在断电情况下稳定存储。要知道是否属于这种情况，您必须验证您的硬件堆栈，这样您就不能一般地假设这种情况。

在“最坏”的情况下，O_DIRECT即使设置没有被拒绝并且后续调用“成功”，也可能没有任何意义。有时 Linux 存储堆栈中的东西（例如certain文件系统设置）可以选择忽略它，因为它们必须执行的操作或者因为您不满足要求（这是合法的），而只是默默地执行缓冲 I/O（即写入缓冲区/满足从已缓冲的读取）数据）。目前尚不清楚是否会做出额外的努力来确保已确认写入的数据至少“与设备一起”（但在O_DIRECT克里斯托夫·赫尔维格 (Christoph Hellwig) 的帖子指出the O_DIRECT回退将确保数据至少已发送到设备）。进一步复杂化的是使用O_DIRECT暗示与文件元数据无关，所以即使 writedata通过呼叫完成“与设备一起”，关键文件元数据（例如文件的大小，因为您正在执行附加操作）可能不是。因此，您实际上可能无法获取您认为在崩溃后已传输的数据（它可能会显示被截断，或全部为零等）。

虽然简短的测试可以使它看起来像使用的数据O_DIRECT单独总是意味着写入返回后数据将位于磁盘上，更改内容（例如使用 Ext4 文件系统而不是 XFS）可能会以非常激烈的方式削弱实际实现的效果。

当您提到“保证数据”（而不是元数据）时，您可能正在寻找O_DSYNC/fdatasync()？如果您想保证元数据也被写入，您将不得不查看O_SYNC/fsync().

参考

• Ext4 Wiki：澄清 Direct IO 的语义。还包含有关什么的注释O_DIRECT在一些非 Linux 操作系统上也是如此。
• “[PATCH 1/1 linux-next] ext4：向补丁添加兼容性标志检查”LKML 线程有来自 Ext4 领导开发人员 Ted Ts'o 的回复，谈论如何进行文件系统可以回退到缓冲 I/OO_DIRECT而不是失败open() call.
• 在“ubifs：允许 O_DIRECT”LKML 线程 Btrfs 首席开发人员 Chris Mason 中表示Btrfs 在以下情况下求助于缓冲 I/O：O_DIRECT对压缩文件有要求.
• Linux 上的 ZFS 提交消息讨论的语义O_DIRECT在不同场景下。另请参阅（2020 年中期撰写本文时）提出新的O_DIRECTLinux 上 ZFS 的语义（交互作用很复杂，无法简单解释）。
• Linux open(2) 手册页（搜索O_DIRECT in the 描述部分和注释部分)
• 确保数据到达磁盘绿网文章
• 臭名昭著Linus Torvalds O_DIRECT LKML 线程摘要（有关更多上下文，您可以看到完整的 LKML 线程)