任何涉及磁盘读写的应用（MySQL、Kafka、ES、Redis AOF 等），底层都离不开这套 IO 机制。这是一篇通用型的操作系统 IO 笔记。

概念：刷盘的两步

"刷盘"这个词在日常使用中比较模糊，在 OS 层面实际分两个步骤：

完整数据流转路径

数据从应用写入磁盘、从磁盘发送到网络的完整路径，涉及用户态 ↔ 内核态切换、DMA 拷贝等概念。以下三张图分别展示三种场景。

① 写路径（write 方向）

数据从用户进程 → 内核 Page Cache → 磁盘。

   用户态                 内核态              硬件
┌──────────┐ write  ┌─────────────┐ fsync ┌──────┐
│ 用户缓冲区 │──────► │  Page Cache │ ────► │ 磁盘  │
│ (stdio)  │ flush  │ (内核缓冲区)  │       │      │
└──────────┘        └─────────────┘       └──────┘

• • write() / flush()：用户态 → 内核态（数据到达 Page Cache，未落盘）

• • fsync()：Page Cache → 磁盘（真正落盘，持久化）

② 读 + 发送路径（sendfile / 零拷贝）

数据从磁盘 → 内核 Page Cache → 直接到网卡，不经过用户态，减少拷贝次数。

  硬件          内核态            硬件
┌──────┐ DMA ┌───────────┐ DMA ┌──────┐
│ 磁盘  │ ───►│ PageCache │ ───►│ 网卡  │
└──────┘     │(内核缓冲区) │     └──────┘
             └───────────┘
                ▲
       sendfile()（不经过用户态）
         ┌──────┴─────┐
         │  用户进程   │ ←只发命令，无数据
         └────────────┘

• • 只产生 2 次 DMA 拷贝（磁盘→Page Cache，Page Cache→网卡）

• • 用户进程仅发起 sendfile() 系统调用，不参与数据搬运

③ 传统 read + write 路径（4 次拷贝）

数据从磁盘 → 内核 → 用户态 → 内核 → 网卡，经历 4 次拷贝，CPU 参与其中 2 次。

  硬件        内核态         用户态          内核态         硬件
┌──────┐   ┌─────────┐   ┌──────────┐   ┌──────────┐   ┌──────┐
│ 磁盘  │──►│PageCache│──►│用户缓冲区 │──►│SocketBuf  │──►│ 网卡 │
└──────┘   └─────────┘   └──────────┘   └──────────┘   └──────┘
 DMA        ① DMA          ② CPU          ③ CPU        ④ DMA

对比上图：sendfile 省去了 ②和③ 两次 CPU 拷贝，且无需切换用户态/内核态，因此称为"零拷贝"。

flush vs fsync 对比

一句话总结：flush 是 C 库 → 内核，fsync 是内核 → 磁盘。只有 fsync 才算真正落盘。

场景速查：各产品 IO 策略对比