标准IO-直接IO-异步IO笔记

标准IO-直接IO-异步IO笔记

1 标准IO
通过read,write实现
read: 如果数据在内存中，那么直接从内存中读出数据并返回给应用程序。如果不在内存，那么数据会被从磁盘读到
也告诉缓存，然后再从页缓存拷贝到用户地址空间。
wirte:数据从用户态拷贝到缓存即刻返回，并不会等数据写到磁盘上。


优点：
1. 使用内核缓冲区，分离用户地址空间和实际物理设备
2. 减少磁盘读写次数，发挥IO调度器优势平衡处理器和IO速度差异


缺点:
1. 数据传输需要在应用程序地址空间和页缓存之间进行多次数据拷贝
增加CPU和内存开销


2 直接IO：
在open时加上O_DIRECT标签
读写时不经过操作系统缓冲直接提交到块设备层


优点:
1. 数据直接在用户地空间和磁盘间直接通过DMA传输，没有额外拷贝工作，减少cpu和内存的开销


缺点：
1. CFQ调度器退化为FIFO，引起磁盘抖动。
2. 无法充分利用磁盘带宽
3. read/write会阻塞。


标准IO的缺点是多次内存拷贝，直接IO的缺点是容易引起磁盘抖动和阻塞。


3 异步IO
专有系统调用实现 io_setup, io_submit, io_getevents


提交进程绕过系统缓存，一次可以批量提交多个数据流到IO调度器，提交进程不阻塞，通过io_getevents查询处理结果。


优点:
1. 提交进程不阻塞，可以用来处理其他工作，充分利用CPU
2. 批量提交减少用户和内核态地址空间切换开销。
3. 数据提交零拷贝，减少CPU和内存开销
4. 批量提交请求，发挥CFQ优势减少磁盘抖动


缺点：
1. 相比于标准和直接IO，API略显复杂。
2. 如果只处理少量IO请求时，异步IO无优势，可能比标准IO还要差。
3. 请求直接提交到IO调度层，所以io_submit阻塞时间较长，异步不充分。
 


AIO使用场景：
IO密集型service，如数据库应用

最后

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