快收藏，Linux架构师必须知道的I/O知识！

Posted 2021-04-23 散打Code

今天小羊跟小伙伴们分享I/O的概念。这个概念对咱们理解系统性能，调度系统资源有着重要的作用。深入理解I/O概念是每一个Linux开发者的必备功课。

I/O是输入和输出的意思。它广泛的存在于计算机体系中，比如键盘输入，屏幕输出，内存将代码加载到CPU中运行，CPU将数据保存到硬盘中以及网络中的资源传输和接收。这些都是输入输出，需要占用了相应的计算机I/O接口资源。

1. 阻塞I/O

这是最普遍的I/O状态，通常我们不定义I/O的状态时，系统默认（标准输入输出）的就是阻塞的I/O。阻塞I/O是指当前进程需要I/O的资源却发现该I/O的资源正在被其他的进程使用时或者等待的I/O信息还未到达时，该进程会一直等待I/O的使用权和资源的到来。阻塞I/O的进程一定会运行完成，但是阻塞的状态会浪费CPU的资源。因为每当CPU的资源轮换到该进程使用时，该进程总是不动作（因为I/O资源还没到）。

2. 非阻塞I/O

非阻塞I/O正好与I/O相对，拥有非阻塞I/O的状态的进程当需要的I/O正在被占用时，就不会一直等待中。而是直接返回相应状态（比如报错）之后直接退出。非阻塞的I/O不会浪费CPU调度的资源，但是它很没有“耐心”，进程常常得不到我们想要的结果。

3. I/O多路复用

上面的内容小伙伴们也看到了阻塞I/O和非阻塞I/O各有各的弊端。那我们可不可以有这样一个机制，当该进程的I/O资源没到时，CPU把该进程挂起。并且由另一个程序（进程）来“监视”着，当I/O的资源到了的时候，CPU就把该进程列为就绪态，开始分配给该进程CPU资源运行。这样，既可以在I/O资源没到的没有到的时候不无效的占用CPU，又可以在I/O资源到了的时候运行，给予我们想要的结果呢？当然可以，这就是I/O多路复用技术！

4. 同步I/O

同步I/O的概念是我们针对用户和操作系统内核来说的。我们用户都是在和内核打交道，当我们需要向硬盘上写文件时，我们向内核提交申请。内核接到申请并通过之后，并不一定将文件立刻写到硬盘中，所以我们需要动用某一个系统接口，“监督”内核立即写到硬盘中去。这样的好处是文件数据不会损失。缺点也是很明显的，就是效率会降低，因为硬盘的运行速度相对于CPU来说是很慢的，不断地在硬盘上写数据会大大的降低CPU效率。

5. 异步I/O

异步I/O是指直接把数据交给系统内核之后，就不在过问了。内核会在数据存储（内核也会有一个存储库，被称为cache）达到一定的数量后一次性的写入到硬盘中。这样就大大的提升了CPU的效率。缺点也很明显：在极端情况下（比如数据还在内核时计算机突然断电了）不能保证数据的完好无损。

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