cpu和io的关系

末蓝、 2024-03-23 21:47 61阅读 0赞

**在说io的五中模型之前,先说说Io把文件从哪里移到了哪里**

自己的理解:  
根据工作或者遇到的业务. 文件不可能存在缓存或在内存中,因为缓存和内存不能永久性储存东西,

文件需要被永久性储存.因此文件都存在电脑的硬盘里, 或者存在云服务器的它们的硬盘里.

我们io文件,

第一种情况:对文件的内容进行修改

就是先去硬盘读取文件, 然后把文件读取到内存, 再对文件的内容进行修改,然后再把文件存到硬盘

第二种情况:不对文件的内容进行修改

就是先去云服务器的硬盘读取文件, 然后把文件读取到云服务器的内存, 然后把云服务器的内存的文件上传到web服务器, 然后我们再从web服务器上下载文件到我们自己电脑的硬盘里.

第三种情况:不对文件的内容进行修改

就是先去自己电脑的硬盘读取文件, 然后把文件读取到自己电脑的内存, 然后把自己电脑的内存的文件上传到web服务器,然后我们再从web服务器上下载文件到我们自己电脑的硬盘里.

io的五种模型

说到I/O模型，都会牵扯到同步、异步、阻塞、非阻塞这几个词，以下讲解这几个词的概念。

**阻塞和非阻塞**

阻塞和非阻塞指的是执行一个操作时等操作结束再返回结果，还是马上返回结果。

**阻塞（blocking）：**指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间，调用结果返回之前，调用者被挂起（当前线程进入非可执行状态，在这个状态，CPU不会分配时间片，线程暂停运行）只有到到结果才进入活动状态；

阻塞例子：海底捞的服务器为你点菜，当你点完菜后，服务员把消息传到后厨，这时你就在餐桌上等待，直到厨师把汤锅和配菜都准备好以后送到你桌上，你才能开吃。在上菜的过程中你还不能离开，因为你离开了之后服务员上菜了却找不到你人，所以你就是能等待，这个时候你处于阻塞等待状态，就是前面说的，你是调用者，你被挂起了，进入了非可执行状态。

**非阻塞（nonblocking）：**指I/O操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到I/O操作彻底完成，最终的调用结果返回之前，调用者不会被挂起；

非阻塞例子：海底捞的服务器为你点菜，当你点完菜后，服务员把消息传到后厨，过了三分钟，你跑到后厨问，我的锅底或者肥牛卷好了没有？后厨说没好，然后你去处理其它事情，然后又过了五分钟，你又跑到后厨问，我的某个菜好了没有，如果没有，你还是继续做其他事情，然后等会再问一次，这个时候就是在I/O操作的同时，你没有被挂起，可以操作其他事情，但是如果I/O操作完成，你需要立马接受。

明天再学吧!!!!!!,这个有点多 哭哭哭

这是一个很好的关于并发/并行系统的问题。简单回答就是：**IO所需要的CPU资源非常少。大部分工作是分派给DMA完成的。**

对于磁盘IO，真实发生的场景可能是这样的：

> CPU说：硬盘兄帮我把我要看的小电影拷贝一份到主存，谢谢，亲。  
> 硬盘说：好的！我考完了叫你。  
> CPU说：么么哒！那我打游戏去啦！  
> ...  
> CPU打撸啊撸 （100纳秒过去了）  
> ...  
> 硬盘说：小C我考完了。  
> CPU说：苍老师我来啦！

当然我们也可以到网上下载苍老师的作品，这就是网络IO。但情况基本是一样的，CPU童鞋在等小电影的过程中，打了一局撸啊撸。

所以，正因为这样派发任务，通讯，等待的过程，并发系统才彰显出它的意义。当然实际过程可能比这个复杂一万倍。比如CPU是不会直接和硬盘对话的，他们之间有个中间人，叫**DMA（Direct Memory Access）芯片**.

> CPU计算文件地址 ⇒ 委派DMA读取文件 ⇒ DMA接管总线 ⇒ CPU的A进程阻塞，挂起 ⇒ CPU切换到B进程 ⇒ DMA读完文件后通知CPU（一个中断异常） ⇒ CPU切换回A进程操作文件

这个过程，对应下图（图源：**《UNIX网络编程》**），看到application这一列时间线了吗？aio\_read操作之后，都是空白，CPU就不管了，可以做其他事去了。

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假设原先读取文件CPU需要傻等50纳秒。现在尽管两次上下文切换要各消耗5纳秒。CPU还是赚了40纳秒时间片。

上面讲的是传统5大IO模型中的**“异步IO”**的大致过程。

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