【轉載】NIO基本概念

慢慢了解的過程中,覺得有必要重新回顧一下IO的基本概念,深入理解一下基礎。

 

  • 緩衝區操作
以下內容摘自《Java NIO》:緩衝區,以及緩衝區如何工作,是所有 I/O 的基礎。所謂“輸入/輸出”講的無非就是把數據移進或移出緩衝區。進程執行 I/O 操作,歸結起來,也就是向操作系統發出請求,讓它要麼把緩衝區裏的數據排幹(寫),要麼用數據把緩衝區填滿(讀)。進程使用這一機制處理所有數據進出操作。操作系統內部處理這一任務的機制,其複雜程度可能超乎想像,但就概念而言,卻非常直白易懂。下圖簡單描述了數據從外部磁盤向運行中的進程的內存區域移動的過程。進程使用 read( )系統調用,要求其緩衝區被填滿。內核隨即向磁盤控制硬件發出命令,要求其從磁盤讀取數據。磁盤控制器把數據直接寫入內核內存緩衝區,這一步通過 DMA 完成,無需主 CPU 協助。一旦磁盤控制器把緩衝區裝滿,內核即把數據從內核空間的臨時緩衝區拷貝到進程執行 read( )調用時指定的緩衝區。


 

 

  • 用戶空間和內核空間
用戶空間是常規進程所在區域,JVM就是常規進程,駐守用戶空間。在用戶空間執行的代碼不能直接訪問硬件設備。內核空間是操作系統所在的區域,擁有特權,能夠與設備控制器進行通信,控制用戶空間進程的狀態。所有的I/O都直接或者間接的通過內核空間。讓磁盤控制器直接把數據送到用戶空間緩衝區豈不是更好?答案是否定的,首先,硬件通常不能直接訪問用戶空間;其次,磁盤是基於塊存儲的硬件設備,其操作的是固定大小的數據塊,而用戶進程請求的可能是任意大小的或者非對其的數據塊。因此需要內核空間來負責數據的分解和在組合工作,充當中間人的角色。


 

 

  • 虛擬內存
虛擬內存即使用虛擬地址取代物理內存地址,好處(1)一個以上的虛擬地址可以指向同一個物理內存地址。(2)虛擬內存空間可以大於實際可用的硬件內存。
設備控制器雖然不能通過DMA直接存儲到用戶空間,但是通過把內核空間地址與用戶空間的虛擬地址映射到同一個屋裏地址,這樣DMA硬件就可以填充對內核和用戶空間進程同時可見的緩衝區,省去了磁盤讀數據到內核緩衝區,然後從內核緩衝區到用戶空間緩衝區的操作。


  •  文件鎖定
共享鎖:多個共享鎖可以多同一個文件進行操作;獨佔鎖:不能有其他鎖控制該區域。


 

  • 緩衝區和通道的關係
通道是I/O傳輸時通過的入口,緩衝區是這些數據傳輸的來源或者目標。

 

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