到底什么是IO

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本文转自:https://blog.csdn.net/u011060911/article/details/121967732

IO 作为操作系统的核心知识之一 无论是在本机、传统的单体应用、还是分布式系统中都有非常重要的地位.

今天就和大家系统地聊一聊 IO 相关的东西.

IO

IO,Input/Output 简写,是指内存和外设之间的数据复制的过程. 输入是指数据从外设复制到内存中 输出则是指数据从内存复制到外设.

根据外设种类可以分为磁盘IO和网络IO, 因为外设的数据读写速率较低以及 IO 会涉及到系统调用以及中断,所以通常都会比较耗时。在程序优化时思路之一就是减少 IO 。

软件开发中的 IO

软件开发中各开发语言都提供了 IO 操作的方法或函数 应用程序在执行 IO 方法时 实际上由两步完成,第一步:执行程序,发起系统调用,第二步系统执行 IO 。返回时则首先将数据读入到内核空间,然后内核空间再将数据复制给应用程序。

Unix IO 模型

Unix 根据应用程序 IO 的两个阶段特征将 IO 分为 5 种类型.

1. BIO

阻塞 IO 服务器在 accept()read()write() 数据没有 ready 前会一直阻塞线程.

2. NIO

 非阻塞 IO 服务器在 accept()read()write() 数据没有 ready 会立刻返回异常.但为了能读到数据需要应用程序不断地轮询.

3. IO 复用

在 java 中 多路复用器 selector 也是 NIO 的核心组件 利用操作系统的 select、poll、 epoll 机制来对多个连接进行注册监听使得一个线程也可以同时处理多个客户端.

 Unix 中一切皆文件 程序每次轮询检查时都意味着调用 select 系统调用来检查所有的 fd 这个过程涉及到用户空间和内核空间的切换以及 fd 的拷贝.

while(true) {

  select.select();

}

4. 信号驱动 IO

通过通知的机制使得在第一阶段不用阻塞调用进程(阻塞和轮询) 进程可以继续做其他事情在一定程度提高了程序效率但是在第二阶段数据复制过程仍然会阻塞进程.

5. AIO

NIO 在数据没有 ready 立刻返回异常 后续需要不断地轮询 这个过程也是非常低效的 操作系统提供了异步通知机制: 一旦数据 ready 会自动通知调用线程.

 总结

BIO 、NIO、IO复用、以及信号驱动IO  由于第二阶段的数据复制过程 调用线程都会被阻塞 因此都属于同步IO. 

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