24、计算机 I/O 系统：原理、标准与架构解析

计算机 I/O 系统：原理、标准与架构解析

1. DDIO 与 DMA 数据传输策略

在网络协议应用的数据处理中，DDIO（Direct Data I/O）和 DMA（Direct Memory Access）是两种重要的数据传输策略。当发生缓存未命中时，写入操作会针对缓存中的某一行进行，但不会将其写回主内存，后续写入操作会更新该缓存行，且无需参考主内存或执行将数据写回主内存的操作，这在英特尔文档中被称为写分配。

DDIO 策略对于网络协议应用十分有效，因为传入的数据无需为未来使用而保留，协议应用会将数据写入应用缓冲区，无需临时存储在系统缓冲区中。其输入操作流程如下：
1. 网卡发起内存写入操作。
2. 网卡使与系统缓冲区对应的缓存行无效，并将传入数据存入缓存。
3. 相应的核心接收到 DCA 中断信号后，从缓存中读取数据包数据。

而对于出站数据包传输的 DMA 操作步骤为：
1. 核心上执行的 TCP/IP 协议处理程序从应用缓冲区读取数据并写入系统缓冲区，这些数据访问操作会导致缓存未命中，从而使数据从内存读取到 L3 缓存。
2. 网卡收到传输操作开始的通知后，从 L3 缓存读取数据并进行传输。
3. 网卡的缓存访问会使数据从缓存中被逐出并写回主内存。

DDIO 数据包传输操作则是 TCP/IP 协议处理程序创建要传输的数据包并存储在 L3 缓存的分配空间中，而非主内存，网卡发起的读取操作由缓存中的数据满足，不会导致数据写回主内存。通过对比可以明显看出，DDIO 在处理传入和传出数据包时比 DMA 更高效，能更好地应对高数据包流量。

下面用 mermaid 流程图展示 DDIO 输入操