內(nèi)核空間與用戶空間
- 操作系統(tǒng)內(nèi)核
可以訪問受保護的內(nèi)存空間，擁有訪問底層硬件設備的所有權限。
為了保護內(nèi)核的安全，操作系統(tǒng)將虛擬空間劃分為：
- 內(nèi)核空間（內(nèi)核代碼運行的地方）
- 用戶空間（用戶程序代碼運行的地方）
內(nèi)核空間和用戶空間是隔離的。用戶程序不能直接操作內(nèi)核，需要通過系統(tǒng)調(diào)用來與內(nèi)核進行通信。
socket的出入
https://blog.csdn.net/fen_liu/article/details/120410870
對于一個socket的出入操作，通常包括兩個階段：
- 等待數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡中到達（數(shù)據(jù)到達后，被復制到內(nèi)核的緩沖區(qū)）
- 把數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)復制到用戶應用進程緩沖區(qū)
五種IO模型
阻塞式I/O
- 解釋
當應用進程調(diào)用了recv()這個系統(tǒng)調(diào)用，操作系統(tǒng)就開始了IO的第一個階段，用戶這邊，整個進程會被阻塞，當內(nèi)核等到數(shù)據(jù)準備好了，將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶內(nèi)存，然后內(nèi)核返回結果，用戶進程解除阻塞。
- 特點
在IO的兩個階段都阻塞；阻塞式不消耗CPU時間。
- 場景
阻塞 Socket、Java BIO。適用并發(fā)較小的網(wǎng)絡應用，并發(fā)較大的不適用，因為一個請求 IO 阻塞進程，就要為每個請求分配一個進程（線程）來響應，開銷大。
非阻塞式I/O
- 解釋
當用戶進程發(fā)出 recv() 操作時，如果內(nèi)核中的數(shù)據(jù)還沒有準備好，那么它并不會阻塞用戶進程，而是立刻返回一個錯誤碼。一旦內(nèi)核中的數(shù)據(jù)準備好了，并且又再次收到了用戶進程的系統(tǒng)調(diào)用，那么它馬上就將數(shù)據(jù)拷貝到了用戶內(nèi)存，然后返回。
- 特點
在第二階段阻塞；進程輪詢調(diào)用（polling），消耗 CPU 資源。
- 場景
SOCKET 設置 NON BLOCKING 屬性。支持并發(fā)量小，不用及時響應的網(wǎng)絡應用。
IO多路復用（事件驅動）
- 解釋
當用戶進程調(diào)用了 select（poll、epoll），那么整個進程會被阻塞，而此時，內(nèi)核會監(jiān)視所有 select 負責的 socket，當任何一個 socket 中的數(shù)據(jù)準備好了，select 就會返回。這個時候用戶進程再調(diào)用 recv 操作，將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶進程。
- 特點
第一階段在select上阻塞，第二階段依舊阻塞；性能好，Reactor模式。
- 場景
Java NIO，Nginx。適用高并發(fā)服務應用開發(fā)，一個進程/線程響應多個請求。
https://mp.weixin.qq.com/s/3gC-nUnFGv-eoSBsEdSZuA
https://cloud.tencent.com/developer/article/1586974
信號驅動式I/O
- 解釋
應用進程使用 sigaction 系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核立即返回，應用進程可以繼續(xù)執(zhí)行，也就是說等待數(shù)據(jù)階段應用進程是非阻塞的。內(nèi)核在數(shù)據(jù)到達時向應用進程發(fā)送 SIGIO 信號，應用進程收到之后在信號處理程序中調(diào)用 recv()將數(shù)據(jù)從內(nèi)核復制到應用進程中。
- 特點
特點：第二階段阻塞；通知機制，不是輪訓；CPU利用高于非阻塞式IO。
異步I/O
- 解釋
應用進程執(zhí)行 aio_read 系統(tǒng)調(diào)用會立即返回，應用進程可以繼續(xù)執(zhí)行，不會被阻塞，內(nèi)核會在所有操作完成之后向應用進程發(fā)送信號。
- 特點
兩個階段都不會阻塞；異步 I/O 的信號是通知應用進程 I/O 完成，而信號驅動 I/O 的信號是通知應用進程可以開始 I/O。
- 場景
Java 7 AIO、高性能服務器，高性能高并發(fā)。
