学习资料：
//www.greatytc.com/p/ae741edd682c
https://blog.csdn.net/jyxmust/article/details/88354485
https://www.ibm.com/docs/pl/aix/7.2?topic=io-benefits-direct
https://zhuanlan.zhihu.com/p/465249826
https://blog.csdn.net/amf12345/article/details/91450694
PIO与DMA
硬盘和内存之间数据传送的两种方式：一是PIO模式，二是DMA模式
PIO模式下通过CPU来控制硬盘和内存之间的数据传输，是一种通过CPU执行I/O端口指令来进行数据的读写的数据交换模式。；
DMA模式下，CPU并不全程参与数据的传送工作，只需下达命令即可。DMA方式下有控制器和通道，CPU只须向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数据的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU，这样就很大程度上减轻了CPU资源占有率。DMA模式与PIO模式的区别就在于，DMA模式不过分依赖CPU，可以大大节省系统资源，二者在传输速度上的差异并不十分明显。DMA模式又可以分为Single-Word DMA（单字节DMA）和Multi-Word DMA（多字节DMA）两种，其中所能达到的最大传输速率也只有16.6MB/s。
缓冲IO 与 直接IO
IO共分为两种IO，一种是缓冲IO，一种是直接IO；
Buffered IO
缓存 I/O 又被称作标准 I/O，大多数文件系统的默认 I/O 操作都是缓存 I/O。 在 Linux 的缓存 I/O 机制中，这种访问文件的方式是通过两个系统调用实现的：read() 和 write()。调用read()时，如果 操作系统内核地址空间的页缓存（ page cache ）有数据就读取出该数据并直接返回给应用程序，如果没有就从磁盘读取数据到页缓存。然后再从页缓存拷贝到应用程序的地址空间。调用write（）时，数据会先从应用程序的地址空间拷贝到 操作系统内核地址空间的页缓存，然后再写入磁盘。根据Linux的延迟写机制，当数据写到操作系统内核地址空间的页缓存就意味write（）完成了，操作系统会定期地将页缓存的数据刷到磁盘上。所以缓存 I/O 有以下这些优点：
1.缓存 I/O 使用了操作系统内核的页缓存，保护了磁盘
2.缓存 I/O 减少读盘的次数，提高了读取速度
总的来说，Buffer I/O为了提高读写效率和保护磁盘，使用了页缓存机制，不过由于页缓存处于内核空间，不能被应用程序（用户进程）直接寻址，所以还需要将页缓存数据再拷贝到内存对应的用户空间中。这样，需要两次数据拷贝才能完成用户进程对数据的读取操作。写操作也是一样，将页缓存的数据写入磁盘的时候，必须先拷贝到内核空间对应的主存，然后在写入磁盘中。
因此，Buffer I/O 中引入一类特别的操作叫做内存映射文件（mmap），它的不同点在于，中间会减少一层数据从用户地址空间到操作系统地址空间的复制开销 。使用mmap函数的时候，会在当前进程的用户地址空间中开辟一块内存，这块内存与系统的文件进行映射。对其的读取和写入，会转化为对相应文件的操作。并且，在进程退出的时候，会将变化的内容（脏页）自动回写到对应的文件里面。
Direct IO
凡是通过直接 I/O 方式进行数据传输，数据均直接在用户地址空间的缓冲区和磁盘之间直接进行传输，中间少了页缓存的支持。操作系统层提供的缓存往往会使应用程序在读写数据的时候获得更好的性能，但是对于某些特殊的应用程序，比如说数据库管理系统这类应用，他们更倾向于选择他们自己的缓存机制，因为数据库管理系统往往比操作系统更了解数据库中存放的数据，数据库管理系统可以提供一种更加有效的缓存机制来提高数据库中数据的存取性能。
