在Linux中，如何使用系统调用fsync()将参数fd所指的文件数据和元数据写入磁盘？

fsync()函数：系统调用可用于控制文件I/O内核缓冲

#include <unistd.h>
int fsync(int fd);

• 功能：将文件描述符 fd 关联的文件数据及其元数据（如修改时间、权限等）强制写入磁盘，确保数据在系统崩溃或断电后不会丢失。

• 参数：fd 是已打开文件的描述符（通过 open() 获取）。

• 返回值：

  • 成功时返回 0。

  • 失败时返回 -1，并设置 errno 表示错误原因（如 EBADF、EIO 等）

2. 为什么需要 fsync()？

• 内核缓冲区机制：默认情况下，write() 操作会将数据写入内核的 页缓存（Page Cache），而非直接写入磁盘。这种延迟写入机制提升了性能，但存在风险：

  • 若系统崩溃或断电，缓存中的数据会丢失。

• 数据持久化：fsync() 强制将缓存中的数据刷新到磁盘，确保数据安全。

3. fsync() vs fdatasync()

• fsync()：

  • 同步文件数据 和 元数据（如 inode 中的修改时间、文件大小等）。

  • 适用于需要严格保证文件完整性的场景（如数据库事务日志）。

• fdatasync()：

  • 仅同步文件数据，不同步元数据（除非元数据对后续读取必要）。

  • 性能略优于 fsync()，适合对元数据不敏感的场景。

4. 使用场景

1. 关键数据持久化：

   • 数据库系统在提交事务时调用 fsync()，确保日志文件写入磁盘。

   • 配置文件更新后，立即同步以防配置丢失。

2. 确保文件完整性：

   • 在文件关闭前调用 fsync()，避免程序崩溃导致数据不一致。

5. 性能影响

• 磁盘 I/O 延迟：fsync() 是阻塞操作，需等待磁盘写入完成，可能导致程序暂停。

• 优化策略：

  • 减少 fsync() 调用频率（如批量写入后同步一次）。

  • 使用 O_SYNC 标志（见下文），但需权衡性能。

6. 相关标志：O_SYNC

在 open() 时添加 O_SYNC 标志，可使每次 write() 自动等效于“写后调用 fsync()”：

c

int fd = open("file.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_SYNC, 0666);

• 优点：数据写入更安全。

• 缺点：每次 write() 都会触发磁盘 I/O，性能显著下降。

7. 错误处理

需检查 fsync() 的返回值，并处理常见错误：

• EBADF：无效的文件描述符。

• EIO：磁盘 I/O 错误（如硬件故障）。

• EROFS/EINVAL：文件系统不支持同步（如只读文件系统）。

8. 常见误区

• close() 不会自动调用 fsync()：关闭文件描述符时，内核可能仍延迟写入磁盘。需显式调用 fsync()。

• fflush() 仅作用于用户缓冲区：C 标准库的 fflush() 将用户态缓冲区数据提交到内核，但不会触发磁盘同步。需结合 fsync() 使用

 总结

• 何时使用 fsync()：对数据持久性要求高的场景（如金融交易、日志文件）。

• 避免滥用：频繁调用会严重降低性能，需根据业务需求权衡。

• 替代方案：使用电池备份的磁盘缓存（RAID 卡）、非易失性内存（NVM）等技术减少对 fsync() 的依赖。

代码演示：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

static char buf[4096];
int main(void)
{
    int fd;
    int ret;

    fd = open("./test.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL,0666);
    if (-1 == fd)
    {
        perror("open error\n");
        return 1;
    }

     for (  int i = 0 ; i < 4096 ; i++){
        ret = write(fd,buf,sizeof(buf));
                if (ret == -1)
                {
                    perror("write error\n");
                    close(fd);
                    return 1;
                }
                
     }
    

    fsync(fd);
    close(fd);
    return 0;
}

运行结果：  4096*4096 = 16 M