Java I/O底层是如何工作的？

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缓存处理和内核vs用户空间

缓冲与缓冲的处理方式,是所有I/O操作的基础。术语“输入、输出”只对数据移入和移出缓存有意义。任何时候都要把它记在心中。通常，进程执行操作系统的I/O请求包括数据从缓冲区排出（写操作）和数据填充缓冲区（读操作）。这就是I/O的整体概念。在操作系统内部执行这些传输操作的机制可以非常复杂，但从概念上讲非常简单。我们将在文中用一小部分来讨论它。

上图显示了一个简化的“逻辑”图，它表示块数据如何从外部源，例如一个磁盘，移动到进程的存储区域（例如RAM）中。首先，进程要求其缓冲通过read()系统调用填满。这个系统调用导致内核向磁盘控 制硬件发出一条命令要从磁盘获取数据。磁盘控制器通过DMA直接将数据写入内核的内存缓冲区，不需要主CPU进一步帮助。当请求read()操作时，一旦磁盘控制器完成了缓存的填 写，内核从内核空间的临时缓存拷贝数据到进程指定的缓存中。

有一点需要注意，在内核试图缓存及预取数据时，内核空间中进程请求的数据可能已经就绪了。如果这样，进程请求的数据会被拷贝出来。如果数据不可用，则进程被挂起。内核将把数据读入内存。

虚拟内存

你可能已经多次听说过虚拟内存了。让我再介绍一下。

所有现代操作系统都使用虚拟内存。虚拟内存意味着人工或者虚拟地址代替物理（硬件RAM）内存地址。虚拟地址有两个重要优势：

1. 多个虚拟地址可以映射到相同的物理地址。

2. 一个虚拟地址空间可以大于实际可用硬件内存。

在上面介绍中，从内核空间拷贝到最终用户缓存看起来增加了额外的工作。为什么不告诉磁盘控制器直接发送数据到用户空间的缓存呢？好吧，这是由虚拟内存实现的。用到了上面的优势1。

通过将内核空间地址映射到相同的物理地址作为一个用户空间的虚拟地址，DMA硬件（只能方位物理内存地址）可以填充缓存。这个缓存同时对内核和用户空间进程可见。

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