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引言

对于程序员来说，IO操作是非常熟悉的。本文就将带大家更深入地了解进行IO操作时，计算机底层到底发生了什么。看过本文之后保证能让你对IO操作有一个基本的了解，从此告别这个知识点盲区。

IO操作的基本概念

• IO的定义：IO就是简单的数据拷贝，从外部设备到内存或从内存到外部设备。
• Input与Output：数据从外部设备拷贝到内存是输入(Input)，反之为输出(Output)。

CPU与IO设备的速度差异

• 速度不匹配：CPU的速度远快于IO设备，这导致效率问题。
• 阻塞的概念：为解决此问题，引入了阻塞，即CPU等待IO操作完成时会暂停当前程序，执行其他任务。

IO操作的详细过程

1. 发起IO请求

• 假设程序A正在运行，并尝试通过read函数读取文件，CPU向磁盘发送读取请求。

2. 程序阻塞与切换

• 程序A阻塞：由于磁盘IO速度慢，程序A被暂停并放入阻塞队列。
• CPU切换：CPU切换到其他程序（如程序B）继续执行。

3. 数据的DMA传输

• 磁盘操作：磁盘开始将数据发送到程序A的缓冲区，此过程称为DMA（直接内存访问），不依赖CPU。

4. 就绪队列与程序调度

• 就绪队列：包含准备就绪但尚未被CPU执行的程序，如程序B。
• 程序调度：CPU在程序A阻塞时，从就绪队列中选择程序B执行。

5. IO完成与中断

• 数据拷贝完成：磁盘完成数据拷贝后，通过中断通知操作系统。
• 程序A恢复：操作系统将程序A从阻塞队列移至就绪队列，等待再次被CPU执行。

6. 程序继续执行与数据输出

• 程序A继续执行：当程序A再次获得CPU时间片时，处理已读取的数据。
• 数据输出：程序A将数据从内存输出到屏幕等设备。

结语

现在你应该对IO操作在计算机底层的过程有了更清晰的了解。想了解更多关于计算机系统原理的知识，欢迎参考相关资料和书籍。