一、I/O 概念
1.1 缓冲区
缓冲区是所有 I/O 的基础，I/O 讲的无非就是把数据移进或移出缓冲区；进程执行 I/O 操作，就是向操作系统发出请求，让它要么把缓冲区的数据排干(写)，要么填充缓冲区（读）。
进程发起 Read 请求之后，内核接收到 Read 请求之后，会先检查内核空间中是否已经存在进程所需要的数据，如果已经存在，则直接把数据 Copy 给进程的缓冲区。
如果没有内核随即向磁盘控制器发出命令，要求从磁盘读取数据，磁盘控制器把数据直接写入内核 Read 缓冲区，这一步通过 DMA（直接存储器访问，可以理解为硬件单元，用来解放 CPU 完成文件 IO）完成。
接下来就是内核将数据 Copy 到进程的缓冲区；如果进程发起 Write 请求，同样需要把用户缓冲区里面的数据 Copy 到内核的 Socket 缓冲区里面，然后再通过 DMA 把数据 Copy 到网卡中，发送出去。
你可能觉得这样挺浪费空间的，每次都需要把内核空间的数据拷贝到用户空间中，所以零拷贝的出现就是为了解决这种问题的。
这里简单提一嘴，关于零拷贝提供了两种方式分别是：
- mmap+write
- Sendfile
1.2 虚拟内存 & 虚拟地址空间
CPU是通过寻址来访问内存的。32位CPU的寻址宽度是 0~0xFFFFFFFF ，计算后得到的大小是4G，也就是说可支持的物理内存最大是4G。
但在实践过程中，碰到了这样的问题，程序需要使用4G内存，而可用物理内存小于4G，导致程序不得不降低内存占用。
为了解决此类问题，现代CPU引入了 MMU（Memory Management Unit 内存管理单元）。
MMU 的核心思想是利用虚拟地址替代物理地址，即 CPU 寻址时使用虚址，由 MMU 负责将虚址映射为物理地址。
MMU的引入，解决了对物理内存的限制，对程序来说，就像自己在使用 4G 内存一样。
虚拟内存：虚拟内存是一种逻辑上扩充物理内存的技术。基本思想是用软、硬件技术把内存与外存这两级存储器当做一级存储器来用。虚拟内存技术的实现利用了自动覆盖和交换技术。简单的说就是将硬盘的一部分作为内存来使用。（例如 Linux 中的 Swap 区）
虚拟地址空间：虚拟地址空间指的是CPU 能够寻址到的虚拟内存的范围，Linux 系统会给每个进程提供一份虚拟地址空间（只有当它实际被使用时才分配物理内存），在 32 位 CPU 的机器上他的寻址范围在 0x00000000 ~ 0xFFFFFFFF 这一段地址中（约 4G），其中高1G的空间为内核空间，由操作系统调用，低3G的空间为用户空间，由用户使用。
CPU在寻址的时候，是按照虚拟地址来寻址，然后通过MMU(内存管理单元)将虚拟地址转换为物理地址。
缺页中断：因为只有程序的一部分加入到内存中，所以会出现所寻找的地址不在内存中的情况（CPU产生缺页异常），如果在内存不足的情况下，就会通过页面置换算法来将内存中的页面置换出来，然后将在外存中的页面加入到内存中，使程序继续正常运行。
- OPT页面置换算法（最佳页面置换算法） ：理想情况，不可能实现，一般作为衡量其他置换算法的方法。
- FIFO页面置换算法（先进先出页面置换算法） : 总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面进行淘汰。
- LRU页面置换算法（最近未使用页面置换算法） ：LRU（Least Currently Used）算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间T，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其T值最大的，即最近最久未使用的页面予以淘汰。
- LFU页面置换算法（最少使用页面排序算法） : LFU（Least Frequently Used）算法会让系统维护一个按最近一次访问时间排序的页面链表，链表首节点是最近刚刚使用过的页面，链表尾节点是最久未使用的页面。访问内存时，找到相应页面，并把它移到链表之首。缺页时，置换链表尾节点的页面。也就是说内存内使用越频繁的页面，被保留的时间也相对越长。
