Linux 磁盘 IO Cache 的设计与实现

在拥有海量用户的大型系统中，服务端程序的性能和可靠性日益重要。如何在高并发的场景保证高性能的服务，是业界关注的重要问题。其中一个解决方案是将数据缓存在内存，从而减少磁盘I/O操作数，缩短服务的响应时间，提高服务的吞吐量。
基于性能和成本的考虑，业界常采用开源工具Memcached或Redis实现缓存。这些系统将常用数据存储到内存空间，从而实现高效存取数据。然而，它们没有针对磁盘的特性进行优化，也没有对外提供与磁盘读写有关的接口。当用户请求量急剧增长时，上述方案将面临缓存被穿透、频繁查询磁盘数据和跨进程数据拷贝等问题，最终引起系统性能下降，用户请求的响应时间过长。
本文通过定位上述方案的性能不足之处，分析和研究Linux系统的磁盘I/O读写原理，采用基于LRU改进的缓存策略和异步I/O读写模型，实现一个支持高效查询磁盘数据的缓存系统。实验结果表明，在大量查询磁盘数据的场景下，本系统的性能优于Memcached。

关键词：高并发，缓存，磁盘，Linux，开源

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