I/O简介

　　用户空间是常规进程所在区域。JVM就是常规进程，驻守于用户空间。用户空间是非特权区域，在该区域执行的代码不能直接访问硬件设备。

　　内核空间是操作系统所在区域。内核代码有特别的权利：它能与设备控制器通讯，控制着用户区域进程的运行状态等。所有I/O都直接或间接通过内核空间。

　　当进程请求I/O操作，它执行一个系统调用将控制权移交给内核。当内核以这种方式被调用，它随即采取任何必要的比州，找到进程所需数据，并把数据传送到用户空间内的指定缓冲区，内核试图对数据进行高速缓存或与读取，因此进程所需数据可能已经在内核空间李。若这样，该数据只需简单的拷贝出来即可。若数据不在内核空间，则进程被挂起，内核着手把数据读进内存。

阻塞式I/O

　　在Linux中，默认情况下所有的socket都是blocking，一个典型的读操作流程大概是：　

　　　　1. 等待数据从网络中到达。当所有等待数据到达时，它被复制到内核中的某个缓冲区。

　　　　2. 把数据从内核缓冲区复制到应用程序缓冲区。

　　当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据。对于network io来说，很多时候数据在一开始没有到达，这时候kernel就要等待足够的数据到来。而在用户进程这边，这个进程会被阻塞。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才会解除block的状态，重新运行起来。

非阻塞式I/O

　　Linux下，可以通过设置socket使其变成non-blocking，当对一个non-blocking socket执行操作时，流程如下

　　

　　当用户进程发出read操作时，若kernel中的数据还没准备好，它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度来讲，它发起了一个read操作后，并不需要等待，而是马上得到一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数还没准备好，于是他可以再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次受到了用户进程的system call，那么它马上就讲数据拷贝到了用户内存，然后返回。因此，用户进程的第一个阶段不是阻塞的，需要不断主动的询问kernel数据好了没，第二个阶段依然是阻塞的。

I/O多路复用

　　IO multiplexing，有事也称event driven IO，select/epoll的好处就是单个process可以同时处理多个网络连接的I/O。IO复用同阻塞IO本质一样，只不错利用了select系统调用，由内核来负责本来是请求进程该做的轮询操作。基本原理是select/epoll这个function会不断轮询负责所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。

　　当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。IO复用与非阻塞IO的流程差不多，而且还需要使用两个system call(select和recvfrom)。但select的优势在于它可以同事处理多个connection。若连接数不是很高的话，使用select/poll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延迟还更大。

信号驱动式IO

　　

异步I/O

　　工作机制是告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后通知我们。

　　用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其他事情。另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，然后不会对用户进程产生任何block。kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。在整个过程中进程完全没有被block。