连续旋转的sync()调用如何导致高IO等待？

Question

据我从sync()库调用中了解到，它允许进程将所有脏缓冲区刷新到磁盘

sync()系统调用的服务例程sys_sync()调用一系列辅助函数：

wakeup_bdflush(0);
sync_inodes(0);
sync_supers( );
sync_filesystems(0);
sync_filesystems(1);
sync_inodes(1);

如果我运行sync()一次调用，之后缓冲区中就不应该有任何内容。

我正在使用一个名为stressthat 的工具，当运行时-i flag 的工具在sync()上产生N个工作线程,

stress --i 1

该命令假设消耗高 IO 等待，因为它不断发送sync()调用，我使用确认它ltrace，

sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
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sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
sync()                                                                                                               = 0
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sync()                                                                                                               = 0

有人可以解释一下为什么连续同步调用会消耗大量 IO 吗？我假设在第一次同步调用之后缓冲区应该是空的。

Answer 1

sync() 类似于数据库提交，但针对的是您的磁盘。 （事实上​​，对于事务数据库，提交通常涉及sync()调用来帮助确保ACID......你必须想尽办法来阻止它）而不是通过操作系统的正常性能优化渠道，你告诉操作系统：“立即执行此操作！”对于旋转，机械磁盘的性能完全取决于物理：驱动器需要时间将磁头定位到实际执行请求的操作所需的位置（即使到达那里，它也必须等待磁盘旋转当您不断（甚至偶尔）同步时，您就绕过了很多通过缓冲和调度来优化这项工作的机会。另请注意，当您调用sync()时，您这样做是为了所有挂起的文件系统写入，包括元数据，而不仅仅是单个文件或文件系统。

让我们看一个简化的场景，您有一个程序需要将四个扇区写入磁盘：一个在最里面的磁道（w1），一个在最外面的磁道（w2），一个在磁盘的中间磁道（w3） ），最后回到最里面的轨道（w4）......

如果你的程序写入w1然后调用sync()，你的系统会立即让驱动器执行写入，这会导致驱动器一直移动到最里面的磁道并写入扇区。然后 w2 发生，后面跟着一个sync()，所以现在驱动器必须一直走到外部磁道来写入扇区。接下来发生 w3，驱动器必须移回磁盘中心并写入扇区。最后发生 w4，驱动器必须返回最里面的磁道并写入扇区。当驱动器磁头移动时，CPU 在做什么？字面意义上的等待。

如果您没有进行所有这些sync()调用，操作系统将缓冲所有这些写入并立即返回到程序（“是的，是的......我最终会得到它”），现在它有w1- w4 缓冲。操作系统和驱动器都可以以任何有意义的方式安排请求，而无需强制驱动器独立甚至按顺序写入每个扇区。因此，假设操作系统决定在 w4 进入后执行写入操作，它将向驱动器发送所有 4 个写入操作，并且驱动器可以看到应该首先执行 w1 和 w4（即最里面的磁道），然后应该执行 w3 （中间轨道），最后是 w2（最外面的轨道）。因此，它只执行 3 次，而不是 4 次单独的查找（以毫秒为单位）。并且每次查找的线性距离更短，因此比在sync() 场景中更快。开始将这种低效率乘以数百倍甚至更多，你就会开始明白为什么当你不断地同步（）时你要花费所有的时间等待。闪存驱动器具有类似的调度效率（即对同一块进行多次写入等），但它们的影响程度与机械驱动器不同。