文章很长，但是很用心！

在计算机操作系统中，所谓的I/O就是输入（Input）和输出（Output），也可以理解为读（Read）和写（Write)，针对不同的对象，I/O模式可以划分为磁盘IO模型和网络IO模型。

IO操作会涉及到用户空间和内核空间的转换，先来理解以下规则：

再来看看所谓的读（Read）和写（Write)操作：

磁盘IO的流程如下图所示：

（1）读操作

当应用程序调用read()方法时，操作系统检查内核缓冲区中是否存在需要的数据，如果存在，那么就直接把内核空间的数据copy到用户空间，供用户的应用程序使用。如果内核缓冲区没有需要的数据，通过通过DMA方式（一种IO设备控制方式，下面会讲解）从磁盘中读取数据到内核缓冲区，然后由CPU控制，把内核空间的数据copy到用户空间。

这个过程会涉及到两次缓冲区copy，第一次是从磁盘的缓冲区到内核缓冲区，第二次是从内核缓冲区到用户缓冲区（或应用缓冲区），第一次是cpu的copy，第二次是DMA的copy。

（2）写操作

当应用程序调用write()方法时，应用程序将数据从用户空间copy到内核空间的缓冲区中（如果用户空间没有相应的数据，则需要从磁盘—>内核缓冲区—>用户缓冲区依次读取），这时对用户程序来说写操作就已经完成，至于什么时候把数据再写到磁盘（从内核缓冲区到磁盘的写操作也由DMA控制，不需要cpu参与），由操作系统决定。除非应用程序显示地调用了sync命令，立即把数据写入磁盘。

如果应用程序没准备好写的数据，则必须先从磁盘读取数据才能执行写操作，这时会涉及到四次缓冲区的copy，第一次是从磁盘的缓冲区到内核缓冲区，第二次是从内核缓冲区到用户缓冲区，第三次是从用户缓冲区到内核缓冲区，第四次是从内核缓冲区写回到磁盘。前两次是为了读，后两次是为了写。这其中有两次cpu拷贝，两次DMA copy。

（3）磁盘IO的延时

为了读或写，磁头必须能移动到所指定的磁道上，并等待所指定的扇区的开始位置旋转到磁头下，然后再开始读或写数据。磁盘IO的延时分成以下三部分：

网络IO的流程如下：

（1）读操作

网络IO的既可以从物理磁盘中读数据，也可以从socket中读数据（从网卡中获取）。当从物理磁盘中读数据的时候，其流程和磁盘IO的读操作一样。当从socket中读数据，应用程序需要等待客户端发送数据，如果客户端还没有发送数据，对应的应用程序将会被阻塞，直到客户端发送了数据，该应用程序才会被唤醒，从Socket协议找中读取客户端发送的数据到内核空间（这个过程也由DMA控制），然后把内核空间的数据copy到用户空间，供应用程序使用。

（2）写操作

为了简化描述，我们假设网络IO的数据从磁盘中获取，读写操作的流程如下：

网络IO的写操作也有四次缓冲区的copy，第一次是从磁盘缓冲区到内核缓冲区（由cpu控制），第二次是内核缓冲区到用户缓冲区（DMA控制），第三次是用户缓冲区到内核缓冲区的Socket Buffer（由cpu控制），第四次是从内核缓冲区的Socket Buffer到网卡设备（由DMA控制）。四次缓冲区的copy工作两次由cpu控制，两次由DMA控制。

（3）网络IO的延时

网络IO主要延时是由：服务器响应延时+带宽限制+网络延时+跳转路由延时+本地接收延时 决定。一般为几十到几千毫秒，受环境影响较大。所以，一般来说，网络IO延时要大于磁盘IO延时。

以前传统的IO读写是通过中断由cpu控制的，为了减少CPU对I/O的干预，引入了直接存储器访问方式（DMA）方式。在DMA方式下，数据的传送是在DMA的控制下完成的，不需要cpu干预，所以CPU和I/O设备可以并行工作，提高了效率。现在来看看它们各自的原理：

（1）IO中断原理

中断IO缺点：每次IO请求都需要CPU多次参与。

（2）DMA原理

跟IO中断模式相比，DMA模式下，DMA就是CPU的一个代理，它负责了一部分的拷贝工作，从而减轻了CPU的负担。

需要注意的是，DMA承担的工作是从磁盘的缓冲区到内核缓冲区或网卡设备到内核的soket buffer的拷贝工作，