系统IO操作是计算机系统中实现输入输出功能的核心机制,主要涉及以下内容:
一、基础概念
输入输出(IO)定义 输入输出是计算机与外部设备(如键盘、显示器、磁盘等)之间数据传输的过程,包括数据从设备读取到内存(输入)和从内存写入设备(输出)。
系统IO与标准IO的区别
系统IO:直接操作物理设备(如磁盘、网络接口),涉及设备驱动程序。
标准IO:通过操作系统提供的抽象层(如文件描述符、系统调用),隐藏底层设备细节。
二、核心操作
文件操作
打开文件(`open`):创建或打开文件,返回文件描述符。
读取数据(`read`):从文件描述符读取数据到缓冲区。
写入数据(`write`):将数据从缓冲区写入文件描述符。
关闭文件(`close`):释放文件描述符资源。
定位文件(`lseek`):移动文件指针到指定位置。
设备交互
网络IO:通过套接字进行数据传输,涉及`read()`、`write()`等系统调用。
磁盘IO:操作系统内核负责数据在内存与磁盘之间的拷贝。
三、典型IO模型
同步阻塞IO(BIO)
进程发起IO请求后,内核执行IO操作,期间进程被阻塞,适用于简单场景。
同步非阻塞IO(NIO)
进程发起IO请求后,内核立即返回,进程可继续执行,通过轮询或事件驱动处理IO完成状态。
IO多路复用(select、poll、epoll)
允许单个线程管理多个IO操作,通过事件驱动机制(如信号、状态变化)处理多个连接,提高并发性能。
四、其他相关概念
异步非阻塞IO(AIO): 操作系统内核异步执行IO操作,程序可在IO完成时获取结果,提升效率。 信号驱动IO
总结
系统IO操作是计算机与外部设备交互的基础,涵盖文件读写、设备控制等核心功能。随着技术发展,多路复用和异步机制不断优化,提升了系统并发处理能力。理解这些操作有助于开发高效的应用程序。