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IO概念图
以下是在常见操作系统（如 Linux、Windows 等）中同步 IO 和异步 IO 的一般实现方式：
应用程序层面：以 C 语言在 Linux 系统下使用文件读取为例，使用 read 系统调用读取文件。当程序调用 read 函数时，如果内核中的数据尚未准备好，程序会一直阻塞在 read 函数的调用处，直到数据准备好并完成从内核空间到用户空间的拷贝，read 函数才会返回，程序才能继续执行后续代码。
内核实现层面：内核会维护一个等待队列，当应用程序发起的 IO 请求所需要的数据尚未准备好时，会将该应用程序对应的进程挂起（即放入等待队列中），使其进入睡眠状态并让出 CPU 资源。当数据准备好后，内核会将该进程从等待队列中唤醒，继续执行后续的操作。
应用程序层面：在打开文件或套接字时，设置相关的标志位为非阻塞模式。例如在 Linux 系统下，使用 open 函数打开文件时，通过添加 O_NONBLOCK 标志位使文件描述符处于非阻塞状态。在这种模式下，当应用程序调用 read 或 write 等 IO 操作函数时，如果数据尚未准备好，函数会立即返回一个错误码（例如 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK），表示当前操作无法立即完成。应用程序需要不断地轮询检查，直到数据准备好为止。
内核实现层面：内核会根据文件描述符的标志位来判断是否为非阻塞模式。如果是非阻塞模式，当数据未准备好时，内核不会将进程挂起，而是直接返回相应的错误码，让应用程序自行处理。
异步IO示意图
使用操作系统提供的异步 IO 接口（以 Linux 为例）：
创建异步 IO 上下文：调用 io_setup 函数创建一个异步 IO 上下文。这个上下文用于管理后续的异步 IO 操作，它包含了一些必要的信息和数据结构，如正在进行的 IO 请求队列、结果环形缓冲区等。
提交异步 IO 请求：使用 io_submit 函数向内核提交一个异步 IO 操作请求。在调用该函数时，需要指定要操作的文件描述符、操作的类型（如读或写）、操作的偏移量、要传输的数据长度等信息。函数会将该请求添加到内核的 IO 任务队列中，并立即返回。
获取异步 IO 结果：通过 io_getevents 函数来获取异步 IO 操作的结果。该函数会阻塞等待，直到有指定数量的异步 IO 操作完成或者超时。当异步 IO 操作完成后，内核会将结果存储在之前创建的异步 IO 上下文的结果环形缓冲区中，io_getevents 函数会从该缓冲区中读取结果并返回给应用程序。
使用编程语言提供的异步 IO 库（以 Node.js 为例）：
定义异步操作的回调函数：在 Node.js 中，很多 IO 操作的函数都提供了回调函数的参数。例如，使用 fs.readFile 函数读取文件时，可以传入一个回调函数。当文件读取操作完成后，Node.js 会自动调用这个回调函数，并将读取到的数据作为参数传递给回调函数。
使用事件循环机制：Node.js 基于事件驱动和非阻塞 I/O 的模型，使用事件循环来处理异步操作。当发起一个异步 IO 请求后，程序不会等待该请求完成，而是继续执行后续的代码。当异步 IO 操作完成后，会触发一个事件，事件循环会检测到这个事件，并调用相应的回调函数来处理结果。
不同的操作系统和编程语言可能会有不同的异步 IO 实现方式和接口，但总体的原理都是应用程序发起 IO 请求后立即返回，内核在后台进行 IO 操作，完成后通过某种方式通知应用程序。在实际应用中，需要根据具体的需求和环境选择合适的同步或异步 IO 方式。
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