问题：fwrite后不调用sync，数据何时写入磁盘？

Question

在使用 C 标准库函数 `fwrite` 写文件时，很多人关心：**如果不在之后调用 `sync` 或 `fsync`，数据何时真正写入磁盘？** `fwrite` 是带缓冲的 I/O 操作，数据首先写入用户空间的 FILE 结构体缓冲区，并非直接提交到磁盘。实际落盘时机取决于多种因素，包括缓冲区满、文件关闭、进程正常退出，或系统调度刷新。若程序异常终止或断电，未刷新的缓冲数据将丢失。 因此，为确保数据持久化，涉及关键数据写入时，应主动调用 `fflush` 刷新流缓冲，或使用 `fsync` 强制同步文件描述符对应的磁盘数据。仅依赖 `fwrite` 无法保证数据实时写入磁盘。

Answer 1

1. 从基础理解：fwrite 的行为机制

在 C 标准库中，fwrite 是一个高层的、带缓冲的 I/O 函数，用于向文件流中写入数据。它将数据写入到用户空间中的 FILE* 结构体所维护的缓冲区中，而非直接写入磁盘。

这意味着，调用 fwrite 后，数据并不一定立刻被写入磁盘，而是先保留在内存中，等待合适的时机由系统自动刷新。

2. 数据真正写入磁盘的时机

数据最终写入磁盘的时机取决于多个因素，主要包括以下几种情况：

• 缓冲区满时自动刷新（buffer flush）
• 调用 fclose 关闭文件流时
• 调用 fflush 主动刷新缓冲区
• 程序正常退出（如调用 exit 或 return）
• 操作系统调度刷新缓冲区

3. 异常情况下数据的持久性问题

如果程序在调用 fwrite 后发生异常终止（如崩溃、断电、强制 kill），那么尚未刷新的缓冲区数据将丢失，因为它们并未真正写入磁盘。

这对于关键数据（如日志、配置、交易记录等）来说是不可接受的。因此，必须采取额外措施来确保数据的持久化。

4. 确保数据持久化的手段

为了确保数据确实写入磁盘，可以采取以下几种方法：

方法	描述	适用场景
fflush	刷新流缓冲区，将数据提交到内核缓冲区	适用于标准 I/O（FILE*）
fsync	将内核缓冲区的数据强制写入磁盘	适用于文件描述符（int fd）
O_SYNC 标志打开文件	每次写操作都同步到磁盘	适用于对性能不敏感但对持久性要求高的场景

5. 一个示例代码说明

下面是一个使用 fwrite 后，通过 fflush 和 fsync 来确保数据持久化的示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("testfile", "w");
    if (!fp) return 1;

    fwrite("Hello, world!", 1, 13, fp);

    // 刷新流缓冲区
    fflush(fp);

    // 获取文件描述符并同步到磁盘
    int fd = fileno(fp);
    fsync(fd);

    fclose(fp);
    return 0;
}
    

6. 深入系统层面：从用户空间到磁盘

数据从用户空间到磁盘，需要经历多个层次的缓冲机制：

graph TD A[用户空间缓冲区 (fwrite)] --> B[内核页缓存] B --> C[块设备缓冲区] C --> D[磁盘]

每一层都可能缓存数据，因此要确保数据写入磁盘，必须逐层刷新。

7. 实际应用中的建议

在实际开发中，特别是对数据完整性要求较高的场景（如数据库、日志系统、金融交易系统），应遵循以下最佳实践：

1. 写入关键数据后立即调用 fflush
2. 使用 fileno 获取文件描述符后调用 fsync
3. 避免在写入关键数据后依赖系统自动刷新
4. 考虑使用带有同步标志的文件打开方式（如 O_SYNC）
5. 在日志系统中，可考虑使用异步刷新与同步刷新结合的策略