什么是IO?有哪些IO类型与模式？

IO（输入/输出） 是计算机系统中数据交互的核心概念，指信息从外部传入系统（Input）或从系统传出到外部（Output）的过程。以下是详细解析：

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一、IO的基本概念

• 输入（Input）：外部设备向计算机发送数据（如键盘输入文字、传感器采集温度）。
• 输出（Output）：计算机将处理结果发送到外部设备（如显示器显示图像、打印机输出文档）。

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二、IO在计算机中的角色

1. 硬件层面：

   • 输入设备：键盘、鼠标、麦克风、摄像头。
   • 输出设备：显示器、打印机、音响。
   • 双向设备：硬盘、U盘（可读写）、网卡（收发数据）。

2. 软件层面：

   • 操作系统管理：通过驱动程序控制硬件，提供系统调用（如read()/write()）。
   • 编程接口：文件操作（如Python的open()）、网络请求（如HTTP客户端）、数据库访问。

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三、IO的类型与模式

1. 阻塞 vs 非阻塞：

   • 阻塞IO：程序等待IO操作完成才继续执行（例如：读取文件时界面“卡住”）。
   • 非阻塞IO：程序立即返回，通过轮询检查IO状态（适合高并发场景）。

2. 同步 vs 异步：

   • 同步IO：程序主动等待IO结果（如调用read()后需等待数据返回）。
   • 异步IO：IO操作完成后系统通知程序（如JavaScript的async/await）。

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四、提升IO效率的技术

1. 缓冲（Buffering）：临时存储数据，减少直接操作设备的次数（如视频播放时的预加载）。
2. 多路复用（Multiplexing）：单线程监控多个IO通道（如select/epoll技术，用于高性能服务器）。
3. DMA（直接内存访问）：硬件直接读写内存，绕过CPU干预（显著提升大文件传输速度）。

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五、常见IO应用场景

1. 文件操作：读写本地文件（如用Excel打开表格）。
2. 网络通信：网页加载（浏览器与服务器交互）、实时聊天（Socket通信）。
3. 数据库交互：查询数据（SQL请求）或写入日志。
4. 设备控制：机器人通过传感器获取环境数据并执行指令。

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六、为什么IO影响性能？

• 速度差异：CPU处理速度远高于磁盘/网络IO，等待数据会导致资源闲置。
• 优化策略：使用异步IO、缓存机制或分布式存储（如Redis）减少延迟。

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总结：IO是计算机与外界沟通的桥梁，理解其原理和优化方法对开发高效程序（如Web服务器、实时数据处理系统）至关重要。