multithreading - 在非阻塞 IO 中——IO 到底是什么？

Question

即使经过很多reading我似乎无法理解非阻塞 IO 在操作系统级别实际上是如何工作的。

如果线程是操作系统调度程序的最细粒度的单元，即。任何必须完成的工作都必须使用线程来完成。那么哪个线程实际上以非阻塞模式进行IO？

示例:

Lets say a thread requests the contents of a socket in non-blocking mode, lets say the open system call in POSIX.

这基本上意味着线程想要得到通知或者将检查 IO 完成的特定状态。它不等待IO完成。 但我的问题是谁负责 IO？

• 内核是否启动一个线程来等待 IO？如果是这样，它与主线程启动一个子线程并执行相同操作有何不同？
• 大多数线程都映射到内核线程(绿色线程)，那么如果非阻塞模式旋转线程，那么最大的优势是什么？我得到的只是我的 main线程没有等待。
• 是否有其他方法可以在不使用线程的情况下完成 IO？例如直接内存访问 (DMA)？我听说它使用硬件中断(不知道如何不涉及线程)。 所有的IO、DMA都是非阻塞的吗？甚至从磁盘读取？

所有这些问题基本上都是相同的:如果 NIO 仅涉及生成线程来进行等待，那么它与异步 IO 有什么不同，如果不是，那么 IO 是如何完成的？

更多信息:There is no Thread

Answer 1

对于简单的低速 I/O 设备(键盘、鼠标、串行端口等)，CPU 几乎必须处理每个字节的数据。实现这一目标的秘诀是 hardware interrupts .

当硬件设备需要 CPU 的关注时(例如，因为它已接收到一个字节的数据，并且需要 CPU 在设备能够接收下一个数据之前“读取”该字节)，它会发出中断信号到CPU。

CPU通过以下方式处理中断:

• 保存正在执行的任何线程的上下文，
• 可能会提升当前的 privilege level ，然后
• 它有效地调用一个函数——中断处理程序——负责为硬件提供服务。

低速 I/O 设备的典型中断处理程序可能；

• 从寄存器读取一个字节，
• 也许在另一个寄存器中设置一个标志，
• 将字节存储到 circular buffer ，然后
• 返回。

处理程序通过执行特殊的“从中断返回”操作码来“返回”，该操作码恢复被中断的线程的上下文，并恢复之前的特权级别。

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对于高速 I/O 设备(例如文件存储设备或网络接口(interface))，除了硬件很可能会 DMA 之外，情况大致相同。在触发中断之前，将整个数据 block 或数据包传入/传出某个物理内存缓冲区。