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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。

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。