IO模型¶

同步与异步¶

关注的是消息通信机制。调用的对象是否立即返回。

关注的是程序在等待调用结果。调用者的状态。

类似与非阻塞，只不过轮询不是由用户线程去执行，而是由内核去轮询，内核监听程序监听到数据准备好后，调用内核函数复制数据到用户态
IO多路复用至少有两次系统调用，如果只有一个代理对象，性能上是不如前面的IO模型的，但是由于它可以同时监听很多套接字，所以性能比前两者高
select：线性扫描所有监听的文件描述符，不管他们是不是活跃的。有最大数量限制
poll：同select，不过数据结构不同，需要分配一个pollfd结构数组，维护在内核中。它没有大小限制，不过需要很多复制操作
epoll：用于代替poll和select，没有大小限制。使用一个文件描述符管理多个文件描述符，使用红黑树存储。同时用事件驱动代替了轮询。epoll_ctl中注册的文件描述符在事件触发的时候会通过回调机制激活该文件描述符。epoll_wait便会收到通知。最后，epoll还采用了mmap虚拟内存映射技术减少用户态和内核态数据传输的开销

上下文切换：当用户程序向内核发起系统调用时，CPU 将用户进程从用户态切换到内核态；当系统调用返回时，CPU 将用户进程从内核态切换回用户态

传统的 I/O 读取方式，read 会触发 2 次上下文切换，1 次 DMA 拷贝和 1 次 CPU 拷贝

传统的 I/O 写入方式，write会触发 2 次上下文切换，1 次 CPU 拷贝和 1 次 DMA 拷贝

一种零拷贝方式是使用 mmap + write 代替原来的 read + write 方式，减少了 1 次 CPU 拷贝操作。4 次上下文切换，1 次 CPU 拷贝和 2 次 DMA 拷贝。
使用 mmap 的目的是将内核中读缓冲区（read buffer）的地址与用户空间的缓冲区（user buffer）进行映射，从而实现内核缓冲区与应用程序内存的共享，省去了将数据从内核读缓冲区（read buffer）拷贝到用户缓冲区（user buffer）的过程，然而内核读缓冲区（read buffer）仍需将数据到内核写缓冲区（socket buffer）
不适合小文件，内存映射总是要对齐页边界。

不仅减少了 CPU 拷贝的次数，还减少了上下文切换的次数。2次上下文切换，1 次 CPU 拷贝和 2 次 DMA 拷贝。
数据可以直接在内核空间内部进行 I/O 传输，从而省去了数据在用户空间和内核空间之间的来回拷贝。与 mmap 内存映射方式不同的是， sendfile 调用中 I/O 数据对用户空间是完全不可见的。
用户程序不能对数据进行修改

2 次上下文切换、0 次 CPU 拷贝以及 2 次 DMA 拷贝
不再从内核缓冲区的数据拷贝到 socket 缓冲区，仅仅是缓冲区文件描述符和数据长度的拷贝，这样 DMA 直接利用 gather 操作将页缓存中数据打包发送到网络中

Java NIO 中的通道（Channel）就相当于操作系统的内核空间（kernel space）的缓冲区，而缓冲区（Buffer）对应的相当于操作系统的用户空间（user space）中的用户缓冲区（user buffer）。