Linux 磁盘IO方式

Posted 2022-12-01 绝世好阿狸

用户态 vs 内核态：

操作系统也是程序，有对应的程序代码，而且也要占用内存。计算机的部分内存以及部分函数就是专门分给操作系统使用的，也就是内核态。而普通的用户进程只能访问用户内存，如果需要使用系统资源，需要发起系统调用，也即转为内核态。内核态是对计算机资源的保护。

 

Linux 磁盘IO方式

1.基于中断的IO

用户进程发起IO请求，进入内核态。cpu向硬件设备发送IO指令，随后cpu挂起当前进程，调度其他进程执行。当硬件设备处理完成后，发送中断信号给cpu，中断具有最高优先级，cpu会挂起当前执行的进程响应中断。将数据从硬件设备拷贝至内核缓冲区。再将内核的数据拷贝至用户缓冲区，唤醒之前的进程。（轮询 vs 中断）

2.基于DMA的IO

基于中断的IO，当硬件设备就绪后，需要cpu完成数据的拷贝工作，占用资源。DMA是一种可以访问内核数据区的设备，可以看成是cpu与硬件设备的代理，cpu向DMA发起请求，之后处理其他进程。之后DMA像硬件设备发出指令，数据就绪后，DMA将数据从硬件缓冲区复制到内核。再发起中断，cpu只需要将数据从内核复制到用户态即可。

 

传统的IO读写

读和写：读和写是两个操作，各需要 两次状态切换，一次DMA拷贝，一次cpu拷贝

 

零拷贝IO

1.mmp：

mmp技术可以将内核数据区直接映射到用户数据区，省去了将内核数据拷贝至用户数据区。

读取：两次切换，一次DMA

写入：两次切换，一次DMA

但是读取缓冲区到写入缓冲区还需要一次cpu拷贝，所以需要4次切换，3次拷贝。

 

2.sendfile：

是一次调用，完成了读写。但是读取缓冲区和写入缓冲区仍需要cpu拷贝，只是减少了切换次数。需要两次切换，3次拷贝。

 

3.splice：

利用管道技术免去了读取缓冲区和写入缓冲区的拷贝。需要两次切换，两次拷贝。

 

参考：https://juejin.cn/post/6844903949359644680