Linux Page Cache 是什么？write 成功后，为什么数据还可能丢失？

知识点详解：文件写入经过哪些层？

语言缓冲、Page Cache 与存储

假设保存一份配置。高级语言可能先把数据放在用户态缓冲；系统调用后，普通写入进入内核 Page Cache；之后回写到设备。

语言 flush 不等于设备同步，write 成功也不等于全部字节持久化。

Page Cache 用于复用数据并减少昂贵访问。写入让页面变脏，稍后回写，见 Linux 内存概念。

读回成功，为什么仍可能丢失？

read 可以从缓存取得刚写内容。它证明当前内核能提供数据，不证明设备已经持有。

整机故障会丢失尚未回写内容。应用崩溃与断电也不同：内核仍运行时，缓存可能继续回写。

图：读回新内容，也可能来自缓存。

fsync 不是忽略错误的仪式

fsync 请求同步文件数据与元数据，等待设备报告完成。fdatasync 可以减少与数据读取无关的元数据同步，但文件大小等必要信息仍需处理。

同步可能出现空间不足或 I/O 错误，不能吞掉后报告保存成功，见 fsync 手册。

下面只展示已有文件的数据写入与同步，不包含目录持久化或原子替换。

import { open } from "node:fs/promises";
async function persistExisting(path: string, text: string) {
  const file = await open(path, "r+");
  try {
    await file.truncate(0);
    await file.writeFile(text, "utf8");
    await file.sync();
  } finally {
    await file.close();
  }
}

import os

def persist_existing(path, text):
    with open(path, "r+", encoding="utf-8") as file:
        file.seek(0)
        file.truncate()
        file.write(text)
        file.flush()
        os.fsync(file.fileno())

TypeScript 使用 Node.js 的 FileHandle.sync，Python 则先推进语言层缓冲，再调用 os.fsync。具体持久化保证还依赖操作系统与存储设备。

示例原地修改文件，故障窗口可能只剩部分数据，不是可直接采用的原子更新方案。

原子替换还要考虑目录

更完整的方案：同目录创建临时文件，写入并同步文件，rename 到目标，再按文件系统要求同步父目录。

文件同步保护内容，目录同步涉及名称与目录项。原子性解决其他访问者看到旧文件还是新文件；持久性解决崩溃后恢复哪个状态。

跨文件系统、权限保留和临时文件清理还需处理。不能把简单 rename 说成所有平台无条件可靠。

图：以 Linux 上同目录、同文件系统为例：临时文件同步后替换名字，再同步目录。新内容来自 app.tmp，不是重新写一遍 app。

面试官继续追问

close 保证落盘吗？

不能视为 fsync 的等价保证。关闭描述符与请求持久化不同。

O_DIRECT 能替代吗？

不能简单替代。绕缓存与持久化不同，还有对齐、设备缓存和同步标志。

每行都 fsync 最好？

成本很高，也不解决多文件事务。按业务允许丢失量设计批量与提交语义。

面试速记卡

• Page Cache：缓存文件数据，写入可先形成脏页。
• write/read 成功：不等于故障后恢复。
• flush：推进语言缓冲；fsync：请求文件同步。
• 原子替换：与持久性分开判断。
• 目录项：创建与 rename 后考虑目录同步。