IO會一直占用CPU嗎?

2022-02-21 20:05:14 字數 943 閱讀 6230

io會一直占用cpu嗎?

這是乙個很好的關於併發/並行系統的問題。簡單回答就是:io所需要的cpu資源非常少。大部分工作是分派給dma(direct memory access)直接記憶體訪問完成的。先不談傳統的5大io模型,先說說併發(concurrencey)。乙個非常不嚴謹的解釋就是同時做a和b兩件事。先做一會兒程序a,然後上下文切換,再做一會兒b。過一會兒在切回來繼續做a。因此給我們造成乙個假象,我們同時在做a和b兩件事。這就是著名的程序模型。這看上去很炫酷,但實際上並沒有任何卵用。因為a,b兩件事你都得做完不是?不論你是做完a再做b還是來回切換,花得時間應該是一樣的。甚至還要更多,因為還要考慮到上下文切換的開銷。

如果計算機內部不止cpu乙個部件在工作呢?如果a這件事cpu可以分派給其他部件幫它完成呢?情況是不是就完全不一樣了?

系統io正好是這樣乙個完美的例子。對於磁碟io,真實發生的場景可能是這樣的:

假設原先讀取檔案cpu需要傻等50納秒。現在儘管兩次上下文切換要各消耗5納秒。cpu還是賺了40納秒時間片。一看上面這張圖就知道,剛才講的是傳統5大io模型中的「非同步io」的大致過程。計算機硬體上使用dma來訪問磁碟等io,也就是請求發出後,cpu就不再管了,直到dma處理器完成任務,再通過中斷告訴cpu完成了。所以,單獨的乙個io時間,對cpu的占用是很少的,阻塞了就更不會占用cpu了,單執行緒環境下會導致程式都不繼續執行了,在多執行緒環境下,cpu會把時間交給其它執行緒和程序了。

那麼問題來了,這個io操作會阻塞多久?cpu什麼時候會切回到原執行緒並繼續執行?

這裡涉及到上文提到的io通訊模型。雖然io不會占用大量的cpu時間,但是非常頻繁的io還是會非常浪費cpu時間的,所以面對大量io的任務,有時候是需要演算法來合併io,或者通過cache來緩解io壓力的,使用良好的通訊模型也會大大提高我們的**的執行效率。

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