• 系統(tǒng)調(diào)用。也稱為 System Call，是說用戶態(tài)進程主動要求切換到內(nèi)核態(tài)的一種方式，用戶態(tài)進程使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)程序完成工作，比如上面示例代碼中的寫文件調(diào)用，還有像 fork() 函數(shù)實際上就是執(zhí)行了一個創(chuàng)建新進程的系統(tǒng)調(diào)用。而系統(tǒng)調(diào)用的機制其核心還是使用了操作系統(tǒng)為用戶特別開放的一個中斷來實現(xiàn)。

• 異常。當CPU在用戶空間執(zhí)行程序代碼時發(fā)生了不可預(yù)期的異常，這時會觸發(fā)由當前運行進程切換到處理此異常的內(nèi)核相關(guān)程序中，切換到內(nèi)核態(tài)，比如缺頁異常。

• 外圍設(shè)備的中斷。 當外圍設(shè)備完成用戶請求的某些操作后，會向CPU發(fā)送相應(yīng)的中斷信號，這時CPU會暫停執(zhí)行下一條即將執(zhí)行的指令轉(zhuǎn)而去執(zhí)行與中斷信號對應(yīng)的處理程序，如果當前正在運行用戶態(tài)下的程序指令，自然就發(fā)了由用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換。比如硬盤數(shù)據(jù)讀寫完成，系統(tǒng)會切換到中斷處理程序中執(zhí)行后續(xù)操作等。

以上3種方式，除了系統(tǒng)調(diào)用是進程主動發(fā)起切換，異常和外圍設(shè)備中斷是被動切換的。

查看 CPU 時間在 User Space 與 Kernel Space 之間的分配情況，可以使用top命令。它的三行輸出就是 CPU 時間分配統(tǒng)計。

1. 用戶進程通過read等系統(tǒng)調(diào)用接口向操作系統(tǒng)（即CPU）發(fā)出IO請求，請求讀取數(shù)據(jù)到自己的用戶內(nèi)存緩沖區(qū)中，然后該進程進入阻塞狀態(tài)。

2. 操作系統(tǒng)收到用戶進程的請求后，進一步將IO請求發(fā)送給磁盤。

3. 磁盤驅(qū)動器收到內(nèi)核的IO請求后，把數(shù)據(jù)讀取到自己的緩沖區(qū)中，此時不占用CPU。當磁盤的緩沖區(qū)被讀滿之后，向內(nèi)核發(fā)起中斷信號告知自己緩沖區(qū)已滿。

4. 內(nèi)核收到磁盤發(fā)來的中斷信號，使用CPU將磁盤緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)copy到內(nèi)核緩沖區(qū)中。

5. 如果內(nèi)核緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)少于用戶申請讀的數(shù)據(jù)，則重復(fù)步驟2、3、4，直到內(nèi)核緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)符合用戶的要求為止。

6. 內(nèi)核緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)已經(jīng)符合用戶的要求，CPU停止向磁盤IO請求。

7. CPU將數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到用戶緩沖區(qū)，同時從系統(tǒng)調(diào)用中返回。

8. 用戶進程讀取到數(shù)據(jù)后繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)。

PIO缺點：每次IO請求都需要CPU多次參與，效率

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