一、IO前置知识--Linux系统
根据冯诺依曼计算机结构，计算机的组成为：运算器、控制器、存储器、输入输出设备。
在现代计算机中，运算器和控制器集成为了cpu,存储器按照功能可以拆分为内存和磁盘。而输入输出设备也就是键盘、显示器等，统称为IO。
而Linux系统其实也是一个普通的程序，它运行在内存中。但是因为其特殊性，因此它在内存中存放的位置我们称之为kernel,即内核。而内存的其他位置可以用来运行应用程序。因此我们可以将内存分为内核空间和应用空间。
应用程序运行在kernel以外的空间上，应用程序默认整块内存都是可以使用的。
在kernel中，运行Linux系统程序，系统程序使用虚拟文件树(VFS)来管理应用程序。既然是文件，那么必然会伴随着IO的存在，因此kernel中还是用了pageCache来提升IO的效率。同时每一个文件都会有一个Inode标记文件唯一存在。
1.1 Linux系统--虚拟文件系统(VFS)
Linux是一个虚拟文件系统，在Linux中一切皆文件。
1.1.1 首先我们来了解一下Linux中的文件描述
-rw-r--r--. 1 root root 0 Apr 15 13:41 aaa.txt
上面是一个名为aaa.txt的文件，文件的描述信息有-rw-r--r--. 1 root root 0 4月 15 13:41。下面解析此描述信息：
-
开头的
-就代表这个文件的类型。 -
后面的
rw-r--r--代表的是此文件的权限。每三个为一组，可以分为如下三组：u g ou：表示文件所属用户对此文件所拥有的权限。g：表示文件所属用户所在组的其他用户对此文件所拥有的权限。o: 表示当前系统中所有用户对此文件所拥有的权限。
除了以上三个级别外，还有一个
a的组表示以上三组的总和。上面三组权限信息，每一组又对应了三种权限信息：r: 读w: 写x: 可执行
三种权限对应的
---位置为rwx从前到后。因此我们给一个文件赋其他的权限时可以写：[root@node01 zhaoshuai]# chmod u+x aaa.txt [root@node01 zhaoshuai]# ll 总用量 0 -rwxr--r--. 1 root root 0 4月 15 13:41 aaa.txt表示为
aaa.txt文件所属用户赋予可执行的权限。chmod修改文件的权限信息。+表示添加，对应的-表示去除，还有=表示重新定义权限信息。除了使用上面的方式外，我们还会使用
chmod 777 aaa.txt来为文件修改权限信息。因为一组的权限信息rwx，每一位都是用二进制表示时，当rwx同时存在，那么也就是111,正好是7。因此100也就是4就对应的r,2就对应的是w,1对用的x。每一位相加所得得和就是当前组所拥有得权限，最大为7。 -
后面第一个
root表示此文件所属用户名。 -
后面第二个
root表示此文件所属用户所在组的组名。 -
再后面
0表示此文件的大小--字节数大小。当前是一个空文件，所以为0。 -
后面
Apr 15 13:41表示此文件的创建时间。 -
最后就是此文件的文件名
aaa.txt。
1.1.2 文件类型
上面了解了每一项的意思后，我们再来看第一项文件类型
linux中的文件主要分为以下几种类型
-
-: 普通文件-rw-r--r--. 1 root root 0 Apr 15 13:41 aaa.txt -
d: 文件夹drwxr-xr-x. 2 root root 6 Apr 15 14:28 dir -
l: 软链接/硬连接链接是一种文件共享的方式。可以将链接简单的理解成window系统中的快捷方式。
首先我们创建一个文件：
[root@node01 zhaoshuai]# mkdir link [root@node01 zhaoshuai]# cd link [root@node01 link]# echo "hello world" > aaa.txt [root@node01 link]# ll 总用量 4 -rw-r--r--. 1 root root 12 4月 15 15:17 aaa.txt然后使用
stat命令查看aaa.txt文件的信息：[root@node01 link]# stat aaa.txt 文件："aaa.txt" 大小：12 块：8 IO 块：4096 普通文件 设备：fd00h/64768d Inode：16781506 硬链接：1 权限：(0644/-rw-r--r--) Uid：( 0/ root) Gid：( 0/ root) 环境：unconfined_u:object_r:home_root_t:s0 最近访问：2021-04-15 15:17:44.775499928 +0800 最近更改：2021-04-15 15:17:44.775499928 +0800 最近改动：2021-04-15 15:17:44.775499928 +0800 创建时间：-可以看到一个
Inode的值，每个文件都会有一个Inode号。Inode是什么？在Linux中，文件存储在硬盘上，硬盘的最小存储单位叫做“扇区”，每个扇区存储512字节。
但是操作系统读取文件时并不会按照扇区来读，因为这样效率太低。而是一次读取连续的多个扇区，多个扇区组成一个“块”。操作系统按块读取。块大小常见为
4K，即8个扇区。文件中的数据存放在块中，但是必须还要有一个地方存储文件的元数据信息，比如：文件创建者，创建时间，大小等。这种存放元数据信息的区域就叫做
Inode，中文名：“索引节点”。Inode也是占用磁盘空间的。因此在磁盘格式化时，会自动将磁盘分成两个区域，一个用来存放数据信息的。一个是用来存放inode元数据信息的。每个
Inode节点的大小为128字节或256字节，在格式化阶段，就给定Inode节点的总数，一般每1K或2K就会设定一个Inode。例如：磁盘大小为1G,每个Inode节点大小为128字节，每1K生成一个Inode,那么最终
Inode大小就为128M。每一个文件都会分配一个
Inode，当Inode用完时，就无法再创建新的文件。-
硬链接：在上面解释了每一个文件都会分配一个
Inode号，这个Inode号指向一个磁盘块，Linux系统通过这个Inode号找到对应的磁盘块，然后加载文件，这个Inode号就像一个指针一样。然后我们为aaa创建一个硬连接：[root@node01 link]# ln aaa.txt bbb.txt [root@node01 link]# ls -li 16781506 -rw-r--r--. 3 root root 12 4月 15 15:17 aaa.txt 16781506 -rw-r--r--. 3 root root 12 4月 15 15:17 bbb.txtln 源文件 输出文件： 通过ln创建链接ls -li参数i可以展示Inode号。通过上面参数可以看出，
aaa.txt和bbb.txt两个文件指向了同一个磁盘块，他们的Inode号都是一样的。因此当删除其中一个文件时，并不影响另一个文件的访问。[root@node01 link]# rm -rf aaa.txt [root@node01 link]# ll -rw-r--r--. 1 root root 12 4月 15 15:17 bbb.txt [root@node01 link]# cat bbb.txt hello world即使删掉原文件
aaa.txt,也不影响bbb.txt文件的访问。在linux系统中，会为每一个Inode维护一个引用计数，只要还有一个引用指向这个磁盘块，文件就不会被删除。而
Inode就是这个引用。 -
软连接：我们再对
bbb.txt文件创建一个软链接[root@node01 link]# ll 总用量 4 -rw-r--r--. 1 root root 12 4月 15 15:17 bbb.txt [root@node01 link]# ln -s bbb.txt ccc.txt [root@node01 link]# ll -i 总用量 4 16781506 -rw-r--r--. 1 root root 12 4月 15 15:17 bbb.txt 16781507 lrwxrwxrwx. 1 root root 7 4月 19 10:58 ccc.txt -> bbb.txt可以看到，
bbb.txt和ccc.txt文件的Inode号并不一样，这就说明这两个文件指向的区块是不一样的。ccc.txt的文件类型为l。[root@node01 link]# cat bbb.txt hello world [root@node01 link]# cat ccc.txt hello world [root@node01 link]# rm -rf bbb.txt [root@node01 link]# cat ccc.txt cat: ccc.txt: 没有那个文件或目录通过上面的操作，可以看出，当源文件存在时，软连接可以正常访问，但是当删除原文件后，访问软连接会报错：没有那个文件或目录。
可以理解为软链接其实内部存放的源文件的地址，当访问软链接时，系统自动重定向到源文件的地址。
在软链接文件的后面会有一个
> xxx的展示，而在linux系统中，>也就是重定向的标志。
-
-
b: 块设备。磁盘就属于一个块设备。 -
c: 字符设备。我们的键盘，网卡就是字符设备。[root@node01 link]# cd /dev [root@node01 dev]# ll ... crw--w----. 1 root tty 4, 51 4月 15 11:52 tty51 crw--w----. 1 root tty 4, 52 4月 15 11:52 tty52 crw--w----. 1 root tty 4, 53 4月 15 11:52 tty53 ... -
p:pipline管道父子进程
[root@node01 ~]# echo $$ 18388 [root@node01 ~]# bash [root@node01 ~]# echo $$ 18410打开一个shell窗口，当前进程id为
18388，然后在此窗口中执行bash命令，再次打开一个窗口，也就是说在18388这个进程中再次开启了一个子进程，这个进程的id为18410，然后执行ps命令：[root@node01 ~]# ps -ef |grep 18388 root 18388 18384 0 13:37 pts/0 00:00:00 -bash root 18410 18388 0 13:42 pts/0 00:00:00 bash root 18420 18410 0 13:44 pts/0 00:00:00 grep --color=auto 18388从上面可以看出，18410的父进程是18388。那么我们在18388进程中创建一个变量，在子进程中是否能够访问？
[root@node01 ~]# exit exit [root@node01 ~]# echo $$ 18388 [root@node01 ~]# a=100 [root@node01 ~]# echo $a 100 [root@node01 ~]# bash [root@node01 ~]# echo $a [root@node01 ~]#此时再打开一个子进程，是访问不到变量a的，因为进程间互相隔离。但是使用环境变量的方式可以获取到a，因为子进程会继承父进程的环境变量：
[root@node01 ~]# exit exit [root@node01 ~]# export a=100 [root@node01 ~]# echo $a 100 [root@node01 ~]# bash [root@node01 ~]# echo $$ 18454 [root@node01 ~]# echo $a 100管道
管道是一种通信机制，通常用于进程间的通信（也可通过socket进行网络通信），它表现出来的形式将前面每一个进程的输出（stdout）直接作为下一个进程的输入（stdin）。管道命令使用
|作为界定符号。例如：
[root@node01 zhaoshuai]# ll 总用量 0 ---xr--r--. 1 root root 0 4月 15 13:41 aaa.txt drwxr-xr-x. 2 root root 6 4月 15 14:28 dir drwxr-xr-x. 2 root root 21 4月 19 11:01 link drwxr-xr-x. 2 root root 22 4月 19 11:34 pipline [root@node01 zhaoshuai]# ll |grep aaa ---xr--r--. 1 root root 0 4月 15 13:41 aaa.txt将左边的
ll命令的输出，作为右边grep命令的输入，最终打印出过滤后信息。在linux中，可以在shell命令行执行代码块，如下：
[root@node01 ~]# { echo "hello"; echo "world"; } hello world那么执行如下代码：
[root@node01 ~]# a=1 [root@node01 ~]# echo $a 1 [root@node01 ~]# { a=9; echo "hello"; }|cat hello [root@node01 ~]# echo $a此时应该输出1还是9？答案是1；因为通过
|创建的管道两边都是子进程。我们打开的shell窗口其实是执行bash命令打开的一个窗口，bash命令其实是一个解释执行的脚本。因此在执行
{ a=9; echo "hello" }| cat命令时，会查看命令，当看到|符号时，会对管道左边的内容打开一个子进程执行，对右边的内容打开另一个子进程执行。验证上面的内容：
[root@node01 ~]# echo $$ 18454 [root@node01 ~]# echo $BASHPID|cat 18487如果使用$$命令，会发现不生效，因为$$的优先级大于管道，因此bash在解释执行时，会先执行echo $$,然后再创建管道。
验证管道pipline：
[root@node01 ~]# echo $$ 18454 [root@node01 ~]# { echo $BASHPID; read x; } | { cat; read y ; echo $BASHPID; } 18491上面shell命令，首先打印了当前父进程的ID，然后通过管道开启两个子进程，左边子进程输出进程id，然后通过read阻塞左边进程，此时再次打开另一个shell窗口，然后通过ps命令查看子进程：
[root@node01 ~]# ps -ef |grep 18454 root 18454 18388 0 13:52 pts/0 00:00:00 bash root 18491 18454 0 14:13 pts/0 00:00:00 bash root 18492 18454 0 14:13 pts/0 00:00:00 bash root 18512 18495 0 14:15 pts/1 00:00:00 grep --color=auto 18454可以看到，父进程18454创建了两个子进程，分别是18491和18492。然后查看18491进程的文件描述符：
[root@node01 ~]# cd /proc/18491/fd [root@node01 fd]# ll 总用量 0 lrwx------. 1 root root 64 4月 19 14:17 0 -> /dev/pts/0 l-wx------. 1 root root 64 4月 19 14:17 1 -> pipe:[109901] lrwx------. 1 root root 64 4月 19 14:15 2 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 4月 19 14:17 255 -> /dev/pts/0可以看到文件描述符1后面内容为：
pipe:[109901]指向了一个管道。通过上面内容，证明了管道的存在。然后回到阻塞界面，随便输入内容结束阻塞。
[root@node01 ~]# { echo $BASHPID; read x; } | { cat; read y ; echo $BASHPID; } 18491 1 18492可以看到输出左边子进程id为18491，右边子进程id为18492。验证了我们上面说的管道两边两个子进程。
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s:socket网络通道通过socket获取百度网页：
[root@node01 fd]# exec 8<> /dev/tcp/www.baidu.com/80 [root@node01 fd]# ll 总用量 0 lrwx------. 1 root root 64 4月 19 10:45 0 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 4月 19 10:45 1 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 4月 19 10:45 2 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 4月 19 11:38 255 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 4月 19 11:47 8 -> socket:[97361]可以看到文件描述符8指向了一个socket类型的文件。
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[eventpoll]: 多路复用