面试题：C语言Linux文件I/O性能优化与内核交互

用户态C代码层面优化

减少系统调用次数
- 原理：系统调用存在用户态到内核态的上下文切换开销。例如，频繁调用write函数写文件会产生大量上下文切换。
- 实现：使用缓冲区，如标准I/O库中的setvbuf函数设置缓冲区大小。示例代码：
```
#include <stdio.h>
int main() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
    char buffer[4096];
    setvbuf(fp, buffer, _IOFBF, sizeof(buffer));
    // 后续进行文件写入操作
    fclose(fp);
    return 0;
}
```

使用异步I/O

原理：允许应用程序在发起I/O操作后继续执行其他任务，而无需等待I/O完成。
实现：在Linux下可以使用aio系列函数，如aio_write。示例代码：

#include <aio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
    struct aiocb cb;
    char buf[] = "Hello, world!";
    cb.aio_fildes = fd;
    cb.aio_buf = buf;
    cb.aio_nbytes = sizeof(buf);
    cb.aio_offset = 0;
    aio_write(&cb);
    // 可以在此执行其他任务
    aio_suspend(&cb, 1, NULL);
    close(fd);
    return 0;
}

选择合适的I/O模式
- 原理：根据应用场景选择同步或异步、阻塞或非阻塞I/O模式。例如，对于实时性要求高的应用，非阻塞I/O可能更合适。
- 实现：对于文件描述符，可以通过fcntl函数设置为非阻塞模式。示例代码：
```
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
    // 后续进行文件读取操作
    close(fd);
    return 0;
}
```

内核态文件系统交互层面优化

调整内核参数
- dirty_ratio和dirty_background_ratio
  - 原理：dirty_ratio表示系统内存中脏页（已修改但未写入磁盘的页）达到系统内存的百分比时，开始强制将脏页写回磁盘；dirty_background_ratio表示当脏页达到系统内存的一定百分比时，开始在后台将脏页写回磁盘。合理调整这两个参数可以平衡I/O性能和系统内存使用。
  - 修改方式：可以通过修改/proc/sys/vm/dirty_ratio和/proc/sys/vm/dirty_background_ratio文件来调整，例如：
```
echo 30 > /proc/sys/vm/dirty_ratio
echo 10 > /proc/sys/vm/dirty_background_ratio
```
- swappiness
  - 原理：该参数控制系统将内存数据交换到磁盘交换空间（swap）的倾向程度，取值范围0 - 100。降低swappiness可以减少不必要的磁盘I/O，因为交换操作会严重影响磁盘I/O性能。
  - 修改方式：修改/proc/sys/vm/swappiness文件，例如：
```
echo 10 > /proc/sys/vm/swappiness
```
文件系统选择与挂载选项
- 文件系统选择
  - 原理：不同的文件系统在性能上有差异。例如，ext4文件系统在一般场景下表现良好，而XFS文件系统对于大文件和高并发I/O有更好的性能。
  - 选择方法：根据应用的具体需求选择合适的文件系统，在格式化分区时指定，如mkfs.ext4 /dev/sda1或mkfs.xfs /dev/sda1。
- 挂载选项
  - 原理：挂载选项可以优化文件系统的行为。例如，noatime选项可以避免每次访问文件时更新文件的访问时间，减少不必要的I/O操作。
  - 实现：在挂载文件系统时指定选项，如mount -o noatime /dev/sda1 /mnt。

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面试题：C语言Linux文件I/O性能优化与内核交互

知识考点

面试题答案

用户态C代码层面优化

内核态文件系统交互层面优化