【什么时候用多线程——IO篇】

1. 什么叫做IO密集型（IO-bound）

什么叫做IO?

• IO是在主存与外部设备（磁盘驱动器、终端和网络）之间的数据拷贝的过程。
• 站在主存的角度去看，I表示输入到主存；O从主存输出。

什么叫做IO密集型？

• 就是IO很多呗。比如大量的“数据写入磁盘，数据上传到远程服务器，从磁盘读取文件”等操作。

2.磁盘IO

• 指标（外设拖了主存的后腿）

磁盘	耗时
Main memory reference	100ns
Disk seek	8~10ms
Read 1MB sequentially from disk	20~25ms
机械磁盘吞吐量	120MB

3. 从cpu下发指令到IO整个流程（计算某一个文件的行数）

3.1 程序可能是这样写的

1. open()
2. read() #读取x字节，返回0表示读完或-1表示出错，则退出。
3. 判断是否包含'\n','\r','\r\n'，如果是则count++; 否则回到2继续读 取。

3.2 面对上面的程序，机器部件都怎么运作的呢？

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磁盘IO栈

注：

• VFS: 对ext3/ext4/ZFS文件系统的虚拟接口（一层抽象，不管你底层是什么文件系统，对于上层来说都是统一的接口）
• 卷管理器：文件系统可以建立在多块磁盘上。卷把多块磁盘组合成一个虚拟磁盘（一层抽象）
• 块设备接口：通用的块层接口（一层抽象，磁盘、usb、CD-ROM都是块设备，对于上层来说都是统一的接口）
• IO驱动：向设备发出命令、读出设备的状态。每一个连接到计算机上的IO设备都需要特定的代码来对其进行控制。这样的代码叫做设备驱动程序。每一个操作系统都有自己的驱动程序，属于内核一部分。如果每一次出现一个新的设备，都必须为新设备更改操作系统的话，那就完蛋了。所以，操作系统定义的统一的设备驱动程序接口，不同厂商按照接口来实现即可。
• 总线适配器驱动（控制器驱动）：将IO总线连接到控制器。控制传输的驱动程序。
• 磁盘设备
• 磁盘控制器：从磁盘中按照串行位流方式读取数据。在自己内部缓存区中组装成一个字节块，校验数据没有错误后，再将复制到内存。（反向同理）
• 磁盘驱动器：接收IO请求，排队，寻道，返回IO数据。

大概步骤如下：（CPU只负责发指令，然后干其他事情——采用程序中断+IO端口独立编址。还有其他DMA、内存IO映射统一编址方式）

1. open调用，从文件系统中读取文件属性和磁盘地址表，并装入内存中
2. 将文件的地址写入寄存器
3. CPU读到IN/OUT指令。启动中断，下发指令到控制器中要读取该地址的数据，CPU就干其他事情了。
4. 磁盘控制器从磁盘驱动器中串行地一位一位读一个块，直到整个块放入控制器内部的缓存区。
5. 磁盘控制器产生一个中断。等待CPU响应中断继续服务。
6. 中断控制器看总线情况是否繁忙，以及中断优先级，来做中断标志位。
7. CPU看到中断标志位信息OK，就下发指令拷贝到内存中。
8. 磁盘控制器将数据传达内存。