Linux IO模式的基本名词与概念

落日映苍穹つ 2022-12-24 08:56 67阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  用户空间和内核空间
 *  进程切换
 *  进程的阻塞
 *  文件描述符
 *  缓存I/O
 *  转载文章

# 用户空间和内核空间 #

现在操作系统都是采用虚拟存储器，那么对32位操作系统而言，它的寻址空间(虚拟存储空间）为4G(2的32次方)。操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内仔空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核(kernel)，保证内核的安全，操作系统将虚拟空间划分为两部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。针对linux操作系统而言，将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)，供内核使用，称为内核空间，而将较低的3G字节(从虚拟地址0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为用户空间。

# 进程切换 #

为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在CPU上运行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行。这种行为被称为进程切换。因此可以说，任何进程都是在操作系统内核的支持下运行的，是与内核紧密相关的。  
从一个进程的运行转到另一个进程上运行，这个过程中经过下面这些变化：

1.  保存处理机上下文，包括程序计数器和其他寄存器。
2.  更新PCB信息。
3.  把进程的PCB移入相应的队列，如就绪、在某事件阻塞等队列。
4.  选择另一个进程执行，并更新其PCB。
5.  更新内存管理的数据结构。
6.  恢复处理机上下文。

# 进程的阻塞 #

正在执行的进程，由于期待的某些事件未发生，如请求系统资源失败、等待某种操作的完成、新数据尚未到达或无新工作做等，则由系统自动执行阻塞原语(Block)，使自己由运行状态变为阻塞状态。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为，也因此只有处于运行态的进程(获得CPU)，才可能将其转为阻塞状态。当进程进入阻塞状态，是不占用CPU资源的。

# 文件描述符 #

文件描述符（File descriptor)是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，**指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表**。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

*  每个文件描述符会与一个打开的文件相对应
 *  不同的文件描述符也可能指向同一个文件
 *  相同的文件可以被不同的进程打开，也可以在同一个进程被多次打开  
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# 缓存I/O #

缓存I/O又被称作标准I/O，大多数文件系统的默认IO操作都是缓存I/O。在Linux的缓存I/O机制中，操作系统会将I/O的数据缓存在文件系统的页缓存( page cache)中，也就是说，数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。

# 转载文章 #

https://segmentfault.com/a/1190000009724931  
https://segmentfault.com/a/1190000003063859

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