c++ - 使用 fsync() 确保实时系统上的数据一致性

Question

我很难确定将 fsync() 实现到实时系统中的最佳方法是什么。我需要满足的唯一要求是 fsync() 不能中断帧(每帧 100 Hz - 10 ms)。我做了一些初始基准测试，目前我倾向于在每次固定大小写入(大约 1 KB)后调用 fsync() 直到文件完成。我得到的另一个建议是在较慢的任务/线程上调用 fsync()(在整个文件的末尾，或在这个较慢的任务的每一帧)。

根据我描述问题的方式和探索的选项，您可能会猜到我是这方面的新手，但无论如何都会给我带来复杂的问题。我可以尝试其他实现吗？解决此问题的最有效/最佳方法是什么？

谢谢!

已编辑:我运行的操作系统是 Linux。为了执行写入，我使用带有 FILE * 的 C 库来执行文件 I/O。由于这是当前在 100 Hz 任务上发生的，即每秒 100 帧，每帧写入 1 KB(这仅针对此特定操作，不考虑其他运算符(operator)在此帧中其他位置发生的其他写入)。

Answer 1

您确实需要详细说明您使用的是什么操作系统，才能得到一个好的答案。大多数类 Unix 操作系统没有实时保证的概念，而那些有实时保证概念的操作系统通常在文件 I/O 方面失去保证。

对于此答案的其余部分，我将假设您使用的是现代 Linux 的某些变体，它确实具有一些有限的实时调度功能。我还假设您正在将数据写入标准文件系统(ext[234]、btrfs 等)上的一个简单文件。我还假设您正在使用低级 read()/write() 样式系统调用，而不是使用 C-stdio 或 C++ iostreams 的应用程序级缓冲...

Linux 文件系统层的设计方式，所有进出磁盘的 I/O 最终都缓存在内存中，并根据需要异步编码到硬件存储。有一个内核线程以可配置的时间间隔定期将内存中的脏页刷新到磁盘，并且该时间间隔是可调的，可以使用 sysctl 或 /proc/sys 接口(interface)进行更改.在轻 I/O 负载下，这种异步方案足以确保您的进程不会在 I/O 上长时间阻塞，但是当您的 I/O 负载开始超过可以物理写入磁盘的数量时，您的应用程序将被阻止，这可能是一个非常漫长的操作。

您对 fsync() 调用所做的是绕过内核用于分摊 I/O 成本的异步机制，确保您创建的脏页在 I/O 操作完成之前被刷新。如果您使用太小的 I/O 集大小执行此操作，您实际上会违反直觉，使 I/O 变慢得多。

假设您对典型 I/O 大小的估计是每帧 1KiB，并且假设大约每秒 30-60 帧是正确的，我相信这将介于每秒 30-60KiB 之间，应该在操作系统自行将数据刷新到磁盘的能力。因此，我对你的建议是把 jar 头踢到路上，担心 I/O 阻塞，如果它成为一个问题。然而，我也会花一些时间来编写一些代码来测量写系统调用所花费的时间并对其进行测量以确保:)