什么是IO开销
IO开销（I/O overhead）是指在计算机系统中，执行输入/输出（Input/Output）操作所消耗的额外资源和时间成本。这些操作包括从磁盘读取数据、向磁盘写入数据、网络通信、与外设交互等。
1.时间延迟（Latency）
IO设备: (如硬盘、SSD、网络接口)的响应数据远慢于CPU和内存。
例如,机械硬盘的一次随机读取可能需要几毫秒，而CPU执行一条指令只需要纳米级别
这种速度差异导致CPU在等待IO完成时处于空闲状态，造成性能瓶颈
2.系统调用与上下文切换
应用程序发起IO请求时，通常需要通过系统调用进入内核态
内核处理IO请求可能涉及进程调度、中断处理、缓冲区管理等，带来额外的开销
如果使用阻塞IO,当前线程会被挂起；若使用非阻塞或异步IO,则需额外逻辑管理回调或事件
3.数据拷贝（Copy Overhead）
在传统的IO模型中，数据往往需要在用户空间和内核空间之间多次拷贝（eg:磁盘 -> 内核缓冲区 -> 用户缓冲区）
每次拷贝消耗CPU周期和内存带宽，尤其在高吞吐场景下影响显著
零拷贝（Zero-copy）技术（如sendfile、mmap ）可减少这类开销
4.协议与格式转换
网络IO涉及协议栈处理（TCP/IP封装/解封装）、校验、重传等
文件IO可能涉及文件系统元数据更新（如index修改、日志写入）
这些附加操作都会增加IO的整体开销
5.并发与锁竞争
多线程或多进程同时访问同一IO资源时，可能因锁机制（文件锁、缓冲区）产生竞争，降低效率
高并发下的IO调度也可能成为瓶颈
怎么样降低开销？
使用SSD代替机械硬盘，减少物理延迟
采用异步IO 或IO多路复用（如epoll、kqueue）提升并发效率
利用缓冲（Page Cache 、应用层缓冲）减少重复IO
使用零拷贝技术避免不必要的数据复制
优化文件系统和IO调度策略（如deadline、noop调度器）
重要
IO开销是系统在完成输入输出任务过程中，除核心数据传输外所付出的“额外代价”
版权所有
版权归属：念宇