什么是 IO

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IO 本质解析

什么是 IO？

IO，即输入输出 (Input/Output)，是计算机从外部世界获取数据并将结果返回给外部世界的过程。

IO 的工作流程

如下图所示，IO 的工作流程可以概括为以下四个主要步骤：

  1. 应用程序 (app) 发起 IO 请求。
  2. 内核 (kernel) 接收并处理 IO 请求，与外部设备交互。
  3. 外部设备 (如磁盘) 执行实际的读写操作。
  4. 数据在应用程序与外部设备之间进行传输。
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应用程序 ---> 内核 ---> 外部设备 ---> 内核 ---> 应用程序 
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 用户空间                                       内核空间
  • 用户空间 即我们平时编写的程序所在的空间，与操作系统内核层之间有明确的界限。
  • 内核空间 是操作系统的核心区域，能够直接访问硬件设备，处理复杂的任务，如 IO 操作。

IO 操作过程中，数据需要通过这两个不同的空间传递，通常需要系统调用等方式，涉及上下文切换等成本。

类型的细分

IO 根据不同的分类有不同的类型，如同步 IO 和异步 IO，块 IO 和字符 IO，还有直接 IO 和缓冲 IO 等。

同步 IO 与异步 IO：

  • 同步 IO 要求应用程序在发起 IO 请求后必须等待 IO 操作完成才能继续执行。
  • 异步 IO 允许应用程序在发起 IO 请求后立即执行后续操作，在 IO 完成后通过回调或者轮询的方式获取结果。

块 IO 与字符 IO：

  • 块 IO 指以块（一定量的数据）为单位执行的 IO 操作，常用于硬盘等设备。
  • 字符 IO 以字符为单位，常见于键盘或网络 IO。

每种类型根据应用场景的不同，选择最合适的 IO 模型是提高程序效率和用户体验的关键。