linux提供了各种不同的io接口，本文主要介绍linux提供的各种write接口。主要包括：异步aio，write，writev，pwrite，pwritev。然后与之相关的sync机制，包括：sync，fsync，fdatasync。
1.1 write
write接口是linux提供的最原始的io写接口，其函数原型如下：
#include <sys/unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
将buf中指定count的数据写入到fd确定的文件中。
但由于内存和二级存储之间高速缓存的存在，write调用一般不会真正将数据写入文件，而是写入高速缓存后就返回，所以出现了sync系调用来保证数据真正被写回磁盘。(但linux在后期还提供了绕过高速缓存的写方式，如fio中可将direct设置为1，则io会绕过高速缓存)
1.2 writev
writev,从字面上来理解，就是write vector。函数原型如下：
#include <sys/uio.h>
ssize_t writev(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);
将iovcnt个iovec写入到fd所确定的文件中去。下面解释一下什么时iovec。 iovec即io vector：
struct iovec {
void *iov_base; /* Starting address */
size_t iov_len; /* Number of bytes to transfer */
};
这里不得不提到writev的设计初衷，write只能写一个buffer中的数据，当要写多个不连续的数据块时，多次调用write会造成大量的数据浪费。iovec可以记录多个buffer的地址，以及要写入的大小。通过调用一次writev，节省了大量的系统调用开销。
1.3 pwrite
函数原型如下：
#include<sys/unistd.h>
ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t count, off_t offset);
pwrite同样是将buf中的count大小的数据写入fd所确定的文件中去，但与write不同的是其可以写入文件的特定位置，即offset所确定的位置。
1.4 pwritev
pwritev从字面上也可以看出，是pwrite和writev的结合。
#include<sys/uio.h>
ssize_t pwritev(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt,
off_t offset);
1.5 异步aio
异步aio是当下linux使用最广的io方式。上文中介绍的都属于同步io，io API调用后，都会返回相应的结果，而异步io则不能立即得到相应的结果。aio是异步非阻塞io，即io调用后会立即返回，说明io已经发起了，但io的结果并没有得到，在下层处理io的时间内，可以执行其他程序，当结果得到后，会通知程序，io完成。如下图（read）所示：
在异步非阻塞 I/O 中，我们可以同时发起多个传输操作。这需要每个传输操作都有惟一的上下文，这样我们才能在它们完成时区分到底是哪个传输操作完成了。在 AIO 中，这是一个 aiocb（AIO I/O Control Block）结构。
struct aiocb {
int aio_fildes; // File Descriptor
int aio_lio_opcode; // Valid only for lio_listio (r/w/nop)
volatile void *aio_buf; // Data Buffer
size_t aio_nbytes; // Number of Bytes in Data Buffer
struct sigevent aio_sigevent; // Notification Structure
/* Internal fields */
...
};
sigevent 结构告诉 AIO 在 I/O 操作完成时应该执行什么操作。
aio的API如下：
- aio_read 请求异步读操作
- aio_error 检查异步请求的状态
- aio_return 获得完成的异步请求的返回状态
- aio_write 请求异步写操作
- aio_suspend 挂起调用进程，直到一个或多个异步请求已经完成（或失败）
- aio_cancel 取消异步 I/O 请求
- lio_listio 发起一系列 I/O 操作
一般情况下，对硬盘（或者其他持久存储设备）文件的write操作，更新的只是内存中的页缓存（page cache），而脏页面不会立即更新到硬盘中，而是由操作系统统一调度，如由专门的flusher内核线程在满足一定条件时（如一定时间间隔、内存中的脏页达到一定比例）内将脏页面同步到硬盘上（放入设备的IO请求队列）。
因为write调用不会等到硬盘IO完成之后才返回，因此如果OS在write调用之后、硬盘同步之前崩溃，则数据可能丢失。通常需要OS提供的同步IO（synchronized-IO）原语来保证持久性和一致性。
2.1 sync
#include <unistd.h>
void sync(void);
int syncfs(int fd);
sync函数只是将所有修改过的块缓冲区排入写队列，然后就返回，它并不等待实际写磁盘操作结束。
2.2 fsync
#include <unistd.h>
int fsync(int fd);
fsync会将修改过的数据同步到fd所确定的文件中。fsync通常包括两次flush，一次flush数据，另一次flush元数据
2.3 fdatasync
#include <unistd.h>
int fsync(int fd);
int fdatasync(int fd);
除了同步文件的修改内容（脏页），fsync还会同步文件的描述信息（metadata，包括size、访问时间st_atime & st_mtime等等），因为文件的数据和metadata通常存在硬盘的不同地方，因此fsync至少需要两次IO写操作。
fdatasync的功能与fsync类似，但是仅仅在必要的情况下才会同步metadata，因此可以减少一次IO写操作。即：
fdatasync does not flush modified metadata unless that metadata is needed in order to allow a subsequent data retrieval to be corretly handled
2.4 msync
#include <sys/mman.h>
int msync(void *addr, size_t length, int flags);
msync和fsync相似，但是msync针对的是通过mmap映射的文件。
- libaio Linux 原生的异步 I/O，这也是通常我们这边用的最多的测试盘吞吐和延迟的方法
- sync 也就是最通常的 read / write 操作
- vsync 使用 readv / writev，主要是会将相邻的 I/O 进行合并
- psync 对应的 pread / pwrite
- pvsync / pvsync2 对应的 preadv / pwritev，以及 preadv2 / pwritev2
[1]https://linux.die.net/man/2/pwritev
[2]https://linux.die.net/man/2/pwrite
[3]https://linux.die.net/man/2/writev
[4]https://linux.die.net/man/2/write
[5]https://linux.die.net/man/1/fio
[6]使用 fio 进行 IO 性能测试.https://www.jianshu.com/p/9d823b353f22
[7]慢慢聊linux Aio. https://blog.csdn.net/zhxue123/article/details/21087165
[8]使用异步 I/O 大大提高应用程序的性能. https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/index.html
[9]https://linux.die.net/man/7/aio
[10]https://linux.die.net/man/2/fdatasync
[11]https://linux.die.net/man/2/fsync