为什么 cat 命令查看文件不会修改 atime

Question

今天在QQ群里有人问了一个问题：为什么用 cat 查看文件内容后不会修改它的 atime 呢？我试了一下，发现真的是这样的！例如下面这个例子，在 CentOS7 上执行

export LANG=C
cd /tmp
tmpfile=$(mktemp)
echo "-------------------------------" >${tmpfile}
stat ${tmpfile} |grep Access
sleep 5
cat ${tmpfile}
stat ${tmpfile} |grep Access

Access: (0600/-rw-------)  Uid: ( 1000/lujun9972)   Gid: ( 1000/lujun9972)
Access: 2019-01-15 13:08:34.519887362 +0800
-------------------------------
Access: (0600/-rw-------)  Uid: ( 1000/lujun9972)   Gid: ( 1000/lujun9972)
Access: 2019-01-15 13:08:34.519887362 +0800

这跟我们所熟知的 atime 的说法不一样啊。

经过一番探查，最终从 Criticism of atime 中发现了原因。

根据 Criticism of atime 的说法，读取文件要修改atime本身是一件很不合理的事情，因为要修改文件的atime就意味着要对磁盘进行写操作。 首先，在只读文件系统上你根本不可能修改文件的atime,更重要的是这增加了磁盘IO数量.

为了提高磁盘性能，我们可以完全禁止 atime 的修改（参看 mount 的 noatime 和 nodiratime 选项），但这会破坏 POSIX 兼容性，而且某些备份软件需要通过对比atime和mtime/ctime的时间来判断是否需要进行备份。

针对这个问题，Linux kernel 2.6.20 开始为 mount 引入了一个 relatime 选项，并从 2.6.30 开始这一选项默认是开启的。

当开启了 relatime 选项后，只有当 atime<mtime 或 atime<ctime 时，才会去更新 atime. 通过这种方式，一方面可以大幅度减少 atime 引起的磁盘写操作，另一方面又保证了备份软件不受到影响，可谓非常精妙了。

下面这段关于 relatime 的说明取自 man mount

relatime
       Update inode access times relative to modify or  change  time.
       Access  time  is  only updated if the previous access time was
       earlier than the current modify or change time.   (Similar  to
       noatime,  but it doesn't break mutt or other applications that
       need to know if a file has been read since the  last  time  it
       was modified.)

       Since  Linux  2.6.30, the kernel defaults to the behavior pro‐
       vided by this option (unless noatime was specified),  and  the
       strictatime  option  is  required to obtain traditional seman‐
       tics.  In addition, since Linux 2.6.30, the file's last access
       time is always updated if it is more than 1 day old.

另外，Linux kernel 4.0 开始引入了一个新选项 lazytime ，它可以让更新 atime 的操作缓存在内存中，然后当该文件有非时间相关的 IO 要写入时以其更新到磁盘中。 同时它也能设置超过多长时间后强制更新 atime，通过这种方式，lazytime 能做到在不影响性能的情况下保持 POSIX 兼容性。