优惠券的网站怎么做的,wordpress 如何重启,网站建设模板简单,上海医疗器械网站前置审批一、I/O 概念I/O 指的是相对内存而言的 input 和 output从文件、数据库、网络向内存中写入数据叫做 input从内存向文件、数据库、网络中输出数据叫做 outputI/O 操作相比 CPU 操作而言是极慢的#xff0c;往往 CPU 运行一秒钟#xff0c;I/O 要忙几个月#xff0c;所以要提高…一、I/O 概念I/O 指的是相对内存而言的 input 和 output从文件、数据库、网络向内存中写入数据叫做 input从内存向文件、数据库、网络中输出数据叫做 outputI/O 操作相比 CPU 操作而言是极慢的往往 CPU 运行一秒钟I/O 要忙几个月所以要提高 I/O 密集型程序的运行效率异步 I/O 是毫无疑问的举例说明 io 模块的使用import iostrio io.StringIO()strio.writelines(hello\n)strio.writelines(world)print(1、StringIO:)print(strio.getvalue())byteio io.BytesIO()byteio.write(你好.encode())print(2、BytesIO:)print(byteio.getvalue().decode())二、异步 I/O2.1 系统调用现代的操作系统通常都具有多任务处理的功能通常靠进程来实现。操作系统的运算器(或处理器)快速在每个进程间切换执行所以看起来就像多个进程同时运行。这样就带来了很多安全问题例如一个进程可以轻易修改进程的内存空间中的数据来使另一个进程异常或达到一些其它目的因此操作系统必须保证每一个进程都能安全地执行。这一问题的解决方法是在处理器中加入基址寄存器和界限寄存器。这两个寄存器中的内容限制了存取指令所访问的储存器的地址范围这样就可以在系统切换进程时写入这两个寄存器的内容到该进程被分配的地址范围从而避免恶意软件为了防止用户程序修改基址寄存器和界限寄存器中的内容来达到访问其它内存空间的目的这两个寄存器必须通过一些特殊的指令来访问。通常处理器设有两种模式“用户模式” 与 “内核模式” 通过一个标签位来鉴别当前正处于什么模式。一些诸如修改基址寄存器内容的指令只有在内核模式中可以执行而处于用户模式的时候硬件会直接跳过这个指令并继续执行下一个同样为了安全问题一些 I/O 操作的指令都被设置为只有在内核模式下可以执行因此操作系统有必要为应用程序提供诸如读取磁盘某位置的数据的接口这些接口就被称为系统调用当操作系统接收到系统调用请求后会让处理器进入内核模式从而执行诸如 I/O 操作、修改基址寄存器内容等指令当处理完系统调用内容后操作系统会让处理器返回用户模式来执行用户代码2.2 用户态和内核态在 CPU 执行的所有指令中有一些指令是非常危险的如果错用将导致整个系统崩溃例如清内存、设置时钟等。如果所有程序都能使用这些指令那么你的系统将极不稳定死机可能经常发生。所以 CPU 将指令分为特权指令和非特权指令。对于那些危险的指令只允许操作系统及其相关模块使用普通的应用程序只能使用那些不会造成灾难的指令(例如 Intel 的 CPU 将特权级别由高到低分为四个级别RING0RING1RING2 和 RING3)Linux 内核是一个有机的整体每一个用户进程运行时都有一份内核的拷贝每当用户进程使用系统调用时都自动地将运行模式从用户级转为内核级(即上文提到的用户模式和内核模式)此时进程在内核的地址空间中运行当一个任务(进程)执行系统调用而进入内核空间中执行时我们就称进程处于内核运行态(或简称为内核态)。此时处理器处于特权级最高的(0 级)内核代码中执行。当进程处于内核态时执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。当进程在执行用户自己的代码时则称其处于用户运行态(用户态)。即此时处理器在特权级最低的(3 级)用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时此时用户程序也可以象征性地称为处于进程的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。这与处于内核态的进程的状态有些类似处理器总处于以下状态中的一种1、内核态运行于进程上下文内核代表进程运行于内核空间2、内核态运行于中断上下文内核代表硬件运行于内核空间3、用户态运行于用户空间三、Linux 系统中的 I/O 模型计算机有运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。运算器(或处理器)的速度是最快的内存读写数据、磁盘寻址、网络传输相对而言是极慢的运算器和控制器主要集成在 CPU 中其它的都是 I/O CPU 大部分时间都是在等待 I/O 完成操作会浪费大量的时间I/O 成了最大的性能瓶颈网络通信是两个主机之间的通信需要有外设接收外部的数据再将数据存放到内存整个过程是很消耗时间的。计算机之间互连离不开网络而网络 I/O 相对来说速度最慢。为了提高 I/O 操作效率操作系统提供了几种高性能的 I/O 模型其中异步 I/O 是一个比较好的解决方案性能得到了大幅提升Linux 系统中有五种 I/O 模型本文重点介绍的是 I/O 复用模型广泛使用的 I/O 多路复用机制的系统调用有 select, poll, epoll 这三种3.1 阻塞 I/O当用户态进程调用系统函数获取数据时如果内核中还没有准备好数据用户态进程将挂起一直等待不进行其它操作等内核将数据准备好之后将数据从内核空间拷贝到用户空间这时候系统调用函数返回解除阻塞状态用户态进程处理接收到的数据3.2 非阻塞 I/O用户态进程调用系统函数获取数据时如果内核中还没有准备好数据内核会返回错误信息给进程用户态进程接收到错误信息不会阻塞在那里但进程会不断调用系统函数询问内核直到内核准备好数据将数据从内核复制到用户空间系统函数调用结束开始处理接收到的数据3.3 I/O 复用在计算机网络里面有很多关于 “复用” 的用法比如多路复用。本来一条链路上一次只能传输一个数据流如果要实现多个源之间多条数据流传输那就得需要多条链路了复用技术可以通过将一条链路划分频率或者划分传输的时间使一条链路上可以传输多条数据流。I/O 复用就是在一个进程里会处理多个消息事件3.4 信号驱动式 I/O 模型当用户态进程需要数据时会向内核发送一个信号告诉内核要什么数据然后自己去做其它的事情当内核态的数据准备好之后内核马上给用户态进程发送信号用户态进程收到信号立马调用系统函数将数据从内核空间拷贝到用户空间完成之后用户态进程开始处理接收到的数据3.5 异步 I/O 模型用户态进程需要数据时会告诉内核态需要什么然后就不用管了可以做其它事情内核会将用户态需要的数据准备好然后将数据复制到用户空间这时才通知用户态进程直接处理用户空间的数据我们看到前四个 I/O 模型处理数据时都是用户态进程将数据从内核空间拷贝到用户空间这一段时间对于进程来说是阻塞的只有异步 I/O 是内核将数据从内核空间拷贝到用户空间用户态进程完全是异步操作所以前四个模型可以称为同步 I/O 最后一个是异步 I/O五个 I/O 模型的比较
