应用程序 I/O 接口

        应用程序 I/O 接口是用户/应用与操作系统 I/O 子系统交互的桥梁，根据设备类型（字符、块、网络）提供不同接口，并支持阻塞/非阻塞模式。

一、I/O接口分类

1、字符设备接口

• 特点：以字符为单位传输数据（如键盘、打印机），传输速率低、不可寻址，采用中断驱动方式 。
• 操作：
  • get/put：通过缓冲区顺序存取字符。
  • in-control：通用指令处理设备差异（参数对应具体功能）。
• 独占性：需通过打开/关闭操作实现互斥访问 。

2、块设备接口

• 特点：以数据块为单位（如磁盘），传输速率高、可寻址，常用DMA方式 。
• 功能：
  • 抽象命令映射：将读/写等命令转换为设备操作。
  • 线性编址：隐藏磁盘二维结构（磁道号+扇区号→线性序列） 。
• 内存映射：通过虚拟内存地址访问磁盘文件，简化编程（如mmap系统调用） 。

3、网络设备接口

• 特点：通过套接字（Socket）实现网络通信，支持远程连接和数据传输 69。
• 操作：创建套接字、绑定地址、监听/连接、发送/接收数据

4、块设备 vs 字符设备接口：

• 块：支持随机读写、内存映射（适合文件、数据库）。
• 字符：顺序读写、ioctl 配置（适合终端、串口）。

 二、阻塞 vs 非阻塞 I/O

三、补充

1、同步与异步I/O

• 同步I/O：包括阻塞和非阻塞，需等待I/O操作完成（如read/write） 。
• 异步I/O：内核完成操作后通知进程，无需等待（如aio_read） 。

2、I/O多路复用

• 机制：通过select/poll/epoll监控多个I/O事件，避免轮询开销

核心考点 📌

1、ioctl 作用：

• 字符设备定制功能（如设置终端密码输入模式、获取网卡 MAC 地址）。

2、内存映射优势：

• 减少 read/write 系统调用开销（数据直接在内存，例：数据库读页映射后直接操作内存）。

3、非阻塞实现：

• O_NONBLOCK 标志 + select/poll/epoll（Linux epoll 高性能原因：内核事件通知，无需用户层轮询所有 fd）。

总结

        应用程序 I/O 接口是“设备特性”与“编程便利”的平衡：字符/块/网络接口适配设备差异，阻塞/非阻塞模式满足不同并发需求。理解这些接口，能解释为何 read() 对文件和网络套接字行为不同（底层接口逻辑差异），以及如何优化高并发系统（选非阻塞 + epoll）。

✨ 一句话记忆：字符按序块随机，网络套接连远程，阻塞简单非阻塞忙，模式选择看场景！ ✨