为什么缓冲 I/O 比写入缓冲区更大的直接 I/O 花费更长的时间？

问：

我已经测试了 I/O 性能，并注意到一个我无法解释的有趣行为。

有一个程序首先将 stream-buffer 设置为 4096 字节，然后写入一个字节 100.000.000 次。在我的目标系统上，此操作需要 40.806 秒。

struct timespec start, finish, delta

char write_buffer[4096];

char buffer_to_write[1] = {[0 ... 0] = 0x00};

FILE* fd = fopen("file.txt", "wb");
setbuf(fd, write_buffer);

clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &start);
for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
   fwrite(buffer_to_write, sizeof(char), sizeof(buffer_to_write), fd);
}
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &finish);

另一个程序使用直接 I/O，并使用直接 I/O 写入 4096 字节的缓冲区 24.414 次。写入的数据大小大致相同。此操作仅需 0.5 秒。

struct timespec start, finish, delta

char buffer_to_write[4096] = {[0 ... 4095] = 0x00};

int fd = open("file.txt", O_WRONLY, 0);

clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &start);
for (int i = 0; i < 24414; i++) {
   write(fd, buffer_to_write, sizeof(buffer_to_write));
}
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &finish);

据我了解，系统调用的数量应该相同。我不明白使用缓冲 I/O 的程序出于什么原因花费了这么多时间，即使只有第 4096 次循环通过，数据也应该发送到内核空间......