Iomap、Direct I/O 与 DAX

1. Iomap

fs/iomap/ 用 struct iomap 描述文件逻辑范围到后端的映射：

• mapped；
• hole；
• delalloc；
• unwritten；
• inline；
• extent offset/length/address/flags。

文件系统实现 iomap_ops->iomap_begin/end，公共层实现 buffered I/O、direct I/O、seek、fiemap、swapfile 和 writeback helper。

2. Buffered iomap

iomap_file_buffered_write()：

1. 请求当前 extent iomap；
2. 获取/创建 page-cache folio；
3. 准备部分块；
4. copy user data；
5. mark dirty；
6. iomap_end 提交文件系统状态。

XFS 等深度使用 iomap，ext4 部分路径也逐步采用。

3. Direct I/O

传统 direct-io.c 与 iomap DIO 均绕过 page cache 数据缓存：

read/write_iter IOCB_DIRECT
 -> alignment/permission checks
 -> filesystem map extent
 -> pin user pages / build bio
 -> submit block I/O
 -> completion + inode size/error handling

Direct I/O 不是“无缓存”：设备、控制器仍有 cache，metadata 也可能缓存。

4. Buffered 与 DIO 一致性

同一范围混用必须处理：

• flush/invalidate page cache；
• wait writeback；
• inode lock；
• outstanding DIO (inode_dio_begin/end/wait)；
• truncate/punch hole；
• unwritten extent conversion。

应用随意混用 buffered 和 O_DIRECT 可能产生性能抖动。

5. Alignment

O_DIRECT 的地址、长度、offset 约束依文件系统和设备 logical block。错误通常 EINVAL，不要硬编码 4 KiB；可查询 statx DIO alignment（若支持）或按设备/文件系统要求。

6. DAX

dax.c 让持久内存/内存型块设备绕过 page cache 和传统 block I/O，CPU 直接访问映射：

• DAX fault 建立 PFN 映射；
• iomap 获取物理 extent；
• dax_iomap_rw 直接 copy/flush；
• 与 truncate、reflink、GUP、memory failure 协同。

普通 eMMC/NVMe SSD 不等于 DAX 设备。RK3588 通常不使用 FS-DAX，除非平台有符合要求的内存型后端或特定 Rockchip ramdisk 配置。

7. 持久性

DAX 避免 page cache，但持久性仍要求：

• 正确 cache line flush；
• ordering/barrier；
• filesystem transaction；
• fsync/msync 语义；
• 设备 persistence domain。

8. 性能选择

模式	优点	代价
buffered	readahead、write coalescing、低对齐要求	双重缓存/回写延迟
direct	应用控制缓存、减少 page cache 污染	对齐、并发和小 I/O 成本
DAX	直接 load/store、无 page cache	硬件限制、fault/持久性复杂

应按真实 workload 测试，不能把 O_DIRECT 当作通用加速开关。