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數據結構中Passes和I/O cost是什么意思?

來源:千鋒教育
發布人:xqq
時間: 2023-10-11 04:49:27 1696970967

一、數據結構中Passes和I/O cost

Passes和I/O cost

pass翻譯成“趟”。一趟過去做若干歸并。

I/O cost翻譯成“I/O開銷”。I/O是整個操作系統數據交換與人機交互的通道,現在系統都有可能處理大量文件,大量數據庫操作,而這些操作都依賴于系統的I/O性能。

BIO (Blocking I/O):同步阻塞I/O模式,數據的讀取寫入必須阻塞在一個線程內等待其完成。這里使用那個經典的燒開水例子,這里假設一個燒開水的場景,有一排水壺在燒開水,BIO的工作模式就是, 叫一個線程停留在一個水壺那,直到這個水壺燒開,才去處理下一個水壺。但是實際上線程在等待水壺燒開的時間段什么都沒有做。

NIO (New I/O):同時支持阻塞與非阻塞模式,但這里我們以其同步非阻塞I/O模式來說明,那么什么叫做同步非阻塞?如果還拿燒開水來說,NIO的做法是叫一個線程不斷的輪詢每個水壺的狀態,看看是否有水壺的狀態發生了改變,從而進行下一步的操作。

AIO ( Asynchronous I/O):異步非阻塞I/O模型。異步非阻塞與同步非阻塞的區別在哪里?異步非阻塞無需一個線程去輪詢所有IO操作的狀態改變,在相應的狀態改變后,系統會通知對應的線程來處理。對應到燒開水中就是,為每個水壺上面裝了一個開關,水燒開之后,水壺會自動通知我水燒開了。

IO調用步驟

進程中的IO調用步驟大致可以分為以下四步:

進程向操作系統請求數據 ;

操作系統把外部數據加載到內核的緩沖區中;

操作系統把內核的緩沖區拷貝到進程的緩沖區 ;

進程獲得數據完成自己的功能 ;

當操作系統在把外部數據放到進程緩沖區的這段時間(即上述的第二,三步),如果應用進程是掛起等待的,那么就是同步IO,反之,就是異步IO,也就是AIO 。

延伸閱讀:

二、數據庫IO特點

IO有四種類型:連續讀,隨機讀,隨機寫和連續寫,連續讀寫的IO size通常比較大(128KB-1MB),主要衡量吞吐量,而隨機讀寫的IO size比較小(小于8KB),主要衡量IOPS和響應時間。數據庫中的全表掃描是連續讀IO,索引訪問則是典型的隨機讀IO,日志文件是連續寫IO,而數據文件則是隨機寫IO。

數據庫系統基于傳統磁盤訪問特性來設計,最大特點是日志文件采用sequential logging,數據庫中的日志文件,要求必須在事務提交時寫入到磁盤,對響應時間的要求很高,所以設計為順序寫入的方式,可以有效降低磁盤尋道花費的時間,減少延遲時間。日志文件的順序寫入,雖然是物理位置是連續的,但是并不同于傳統的連續寫類型,日志文件的IO size很小(通常小于4K),每個IO之間是獨立的(磁頭必須抬起來重新尋道,并等待磁盤轉動到相應的位置),而且間隔很短,數據庫通過log buffer(緩存)和group commit的方式(批量提交)來達到提高IO size的大小,并減少IO的次數,從而得到更小的響應延遲,所以日志文件的順序寫入可以被認為是“連續位置的隨機寫入”,更關注IOPS,而不是吞吐量。

數據文件采用in place uddate的方式,意思是數據文件的修改都是寫入到原來的位置,數據文件不同于日志文件,并不會在事務commit時寫入數據文件,只有當數據庫發現dirty buffer過多或者需要做checkpoint動作時,才會刷新這些dirty buffer到相應的位置,這是一個異步的過程,通常情況下,數據文件的隨機寫入對IO的要求并不是特別高,只要滿足checkpoint和dirty buffer的要求就可以了。

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