为了保护内核空间的安全#xff0c;操作系统一般都限制用户进程直接操作内核。

所以#xff0c;当我们使用TCP发送数据的时候#xff0c;需要先将数据从用户空间拷贝到内核空间内核空间和用户空间。

为了保护内核空间的安全操作系统一般都限制用户进程直接操作内核。

所以当我们使用TCP发送数据的时候需要先将数据从用户空间拷贝到内核空间再由内核空间拷贝到网卡

当我们使用TCP读取数据的时候数据需要先从网卡拷贝到内核空间再从内核空间拷贝到用户空间供用户进程使用。

缓存IO

缓存I/O又被称作标准I/O大多数文件系统的默认I/O操作都是缓存I/O。

读操作

操作系统检查内核的缓冲区有没有需要的数据如果已经缓存了那么就直接从缓存中返回

写操作

将数据从用户空间复制到内核空间的缓存区。

这时对用户程序来说写操作就已经完成

至于什么时候再写到磁盘中由操作系统决定除非显示地调用了sync同步命令。

首先在一定程度上分离了内核空间和用户空间保护系统本身的运行安全

在缓存

或者将数据从页缓存直接写回到磁盘上而不能直接在应用程序地址空间和磁盘之间进行数据传输

这样数据在传输过程中需要在应用程序地址空间用户空间和缓存内核空间之间进行多次数据拷贝操作

IO模式

对于一次IO访问以read举例数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中

然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间用户空间。

1.内核空间准备好数据

当用户进程发起read操作一直阻塞直到数据拷贝到用户空间为止才返回。

非阻塞型IO

一直重试直到内核说数据准备好了然后把数据从内核空间拷贝到用户空间返回成功开始处理数据。

IO多路复用

IO多路复用会将多个Socket注册到一个选择器(Selector)。

相当于可以使用一个线程来管理多个Socket连接。

在最初的阻塞型IO每来一个新的连接都需要分配一个线程来处理。

IO多路复用有三种模式select、poll、epoll。

当用户调用select/poll/epoll会阻塞当前进程

内核会不断的轮询注册到选择器(Selector)上的Socket当任何一个Socket的数据准备好了就会结束阻塞。

这个时候用户进程再调用read操作将数据从内核空间拷贝到用户空间。

IO多路复用第一阶段会阻塞在Selector上第二阶段拷贝数据也会阻塞。

信号驱动IO

信号驱动IO用户进程发起read请求之前先注册一个信号给内核说明自己需要什么数据这个注册请求立即返回。

等内核数据准备好了主动通知用户进程用户进程再去请求读取数据此时需要等待数据从内核空间拷贝到用户空间再返回。

异步IO

异步IO用户进程发起read请求后立马返回当数据完全拷贝到用户空间后通知用户直接使用数据。

阻塞与非阻塞

比如Socket编程中使用java.io.InputStream#read(byte[])方法读取数据

非阻塞不能立即得到结果之前当前线程不被挂起而是可以继续做其它的事。

同步与异步

同步调用者会被阻塞直到IO操作完成调用的结果随着请求的结束而返回。

。

异步调用者不会被阻塞调用的结果不随着请求的结束而返回而是通过通知或回调函数的形式返回。

阻塞型IO、非阻塞型、IO多路复用、信号驱动IO都是同步IO只有最后一种才是异步IO。