Linux Direct 文件读写（文件DIO）

有时候，读写文件并不想要使用系统缓存（page cache），此时 direct 文件读写就派上了用场，使用方法：

（1）打开文件时，添加O_DIRECT参数：

需要定义_GNU_SOURCE，否则找不到O_DIRECT宏定义

示例片段：

#define _GNU_SOURCE

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int fd = open("test.out", O_RDWR | O_CREAT | O_DIRECT, 0644);

（2）读写操作的传输数据大小和缓冲区地址都需要按照一定的规则对齐：

Linux下，对于不同的文件系统和内核版本，需要的对齐边界不同，也没有统一的接口可以获取到该边界值。

对于kernel 2.4版本：传输大小和缓冲区地址均需要按照访问文件系统的逻辑块大小对齐，比如文件系统的块大小是4K，buffer地址需要按照4K对齐，需要读写4K倍数的数据

对于kernel 2.6版本：传输大小和缓冲区地址按照目标存储设备的扇区大小（一般512）对齐

可使用memalign （malloc.h）来分配指定地址对齐的资源接口：void *memalign(size_t boundary, size_t size);

完整示例程序：

#define _GNU_SOURCE

#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <malloc.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

int main(void) {
        char hello_str[] = "Hello World!";
        void *write_buffer;
        void *read_buffer;
        int fd;
        int ret = 0;

        fd = open("test.out", O_RDWR | O_CREAT | O_DIRECT, 0644);
        if (fd < 0) {
                printf("Failed to open file\n");
                return fd;
        }   

        /* allocate a 1024 bytes buffer */
        write_buffer = memalign(512, 512 * 2); // align by 512
        if (!write_buffer) {
                printf("Failed to alloc write buffer\n");
                ret = -ENOMEM;
                goto bad_write_buffer;
        }   

        memcpy(write_buffer, hello_str, sizeof(hello_str));

        ret = write(fd, write_buffer, 512 * 2);
        if (ret < 0) {
                printf("Failed to write file\n");
                goto bad_write;
        }   

        lseek(fd, 0, SEEK_SET); // read  previous write data

        read_buffer = memalign(512, 512 * 2);
        if (!read_buffer) {
                printf("Failed to alloc read buffer\n");
                ret = -ENOMEM;
                goto bad_read_buffer;
        }

        ret = read(fd, read_buffer, 512 * 2);
        if (ret <0) {
                printf("Failed to read file\n");
                goto bad_read;
        }

        printf("read from file : %s\n", read_buffer);

bad_read:
        free(read_buffer);
bad_read_buffer:
bad_write:
        free(write_buffer);
bad_write_buffer:
        close(fd);
        return ret;
}

引用Linus的话：

"The thing that has always disturbed me about O_DIRECT is that the whole interface is just stupid, and was probably designed by a deranged monkey on some serious mind-controlling substances."—Linus（O_DIRECT就是一坨屎）

PS:

O_DIRECT的详细描述，可以看linux open系统调用的文档：http://man7.org/linux/man-pages/man2/open.2.html