Explication détaillée des E/S réseau et des E/S disque

Dans les systèmes informatiques, IO (Input/Output) fait référence à une méthode de fonctionnement d'entrée et de sortie. Parmi eux, le réseau IO fait référence à la transmission de données dans le réseau informatique, tandis que le disque IO fait référence aux opérations de lecture et d'écriture de données sur le disque. Les E/S réseau et les E/S disque sont deux opérations d'E/S courantes dans les systèmes informatiques. Elles diffèrent par les performances du système et les scénarios d'application. Les deux seront expliquées en détail ci-dessous.

1. Network IO
Network IO fait référence au processus de transmission de données via le réseau dans un système informatique. À l'ère d'Internet, les E/S réseau sont devenues de plus en plus importantes. Elles prennent en charge diverses applications Internet, notamment la navigation sur le Web, la lecture vidéo, le transfert de fichiers, etc. Les performances des E/S réseau sont essentielles à la réactivité des applications et à l’expérience utilisateur.

1.1 Comment fonctionne le réseau IO
Dans le réseau IO, les données sont transmises via la pile de protocoles. La pile de protocoles est un modèle hiérarchique de traitement des données, comprenant la couche physique, la couche liaison de données, la couche réseau, la couche transport, la couche application et d'autres couches. Chaque couche est responsable de différentes fonctions. Par exemple, la couche physique est responsable de la conversion des données en signaux électriques et la couche réseau est responsable de la recherche et de la sélection des routes de transmission.

Lors de l'exécution d'opérations d'E/S réseau, l'application enverra des données au réseau via l'interface de programmation réseau (telle que Socket). Les données seront d'abord encapsulées dans des paquets de données via la couche application, puis transmises à la couche transport. Au niveau de la couche transport, les paquets de données sont encapsulés dans des segments de données et les informations d'en-tête TCP/IP correspondantes sont ajoutées. Ensuite, le segment de données est transmis à la couche réseau, qui est chargée de transmettre les données à l'hôte cible.

Sur l'hôte cible, la couche réseau transmet le paquet de données à la couche de transport, et la couche de transport désassemble le paquet de données en fonction des informations d'en-tête TCP/IP et le restaure en segments de données. Les segments de données sont ensuite transmis à la couche application, qui analyse et traite les données et renvoie les résultats au programme d'application.

1.2 Optimisation des performances des IO du réseau
Afin d'améliorer les performances des IO du réseau, les stratégies d'optimisation suivantes peuvent être adoptées :

(1) Utiliser les IO asynchrones : les IO du réseau traditionnelles sont bloquées de manière synchrone, c'est-à-dire que vous devez attendre une réponse après l'envoi d'une demande. Passez à l'étape suivante. Les E/S asynchrones permettent aux applications d'envoyer des requêtes sans attendre de réponse, mais de continuer à effectuer d'autres tâches. Lorsque la réponse arrive, le système d'exploitation demande à l'application de gérer la réponse. Cela peut améliorer les capacités de traitement simultané et le débit du système.

(2) Réduisez la quantité de transmission de données : dans les E/S du réseau, la quantité de transmission de données affectera directement le temps de transmission et l'utilisation de la bande passante du réseau. Par conséquent, réduire la quantité de données transmises est très important pour améliorer les performances des E/S du réseau. Des algorithmes de compression et des techniques de segmentation de données courants peuvent être utilisés pour réduire la quantité de données transférées.

(3) Utiliser le cache : la lecture et l'écriture de données dans les E/S du réseau prennent du temps, donc certains résultats peuvent être mis en cache pour réduire le nombre d'E/S. Les technologies de mise en cache courantes incluent la mise en cache mémoire et la mise en cache disque. Le mécanisme de mise en cache approprié peut être sélectionné en fonction de la fréquence d'accès et de la taille des données.

2. Disk IO
Disk IO fait référence aux opérations de lecture et d'écriture de données sur le disque du système informatique. Dans les systèmes informatiques, les disques constituent le principal support de stockage utilisé pour stocker les données et les fichiers des systèmes d'exploitation et des applications.

2.1 Comment fonctionnent les E/S du disque
Un disque d'ordinateur est composé d'un ou plusieurs plateaux, et chaque plateau a une tête de lecture et d'écriture. Lorsqu'une application doit effectuer des E/S disque, le système positionne la tête magnétique sur la piste spécifiée via le contrôleur de disque, puis lit ou écrit les données.

Lors de l'exécution d'une opération d'E/S disque, l'application envoie d'abord une requête de lecture ou d'écriture au système d'exploitation. La requête inclut l'adresse et la taille des données à lire ou à écrire. Le système d'exploitation appelle le pilote de disque en fonction de la requête, et le pilote de disque est chargé de traduire la requête en instructions que le contrôleur de disque peut comprendre.

Après avoir reçu les instructions, le contrôleur de disque ajuste la tête magnétique sur la piste spécifiée, puis lit ou écrit les données. La tête magnétique se déplace sur la piste, lisant ou écrivant des données. Lorsque les données sont lues, le contrôleur de disque transfère les données vers la mémoire ; lorsque les données sont écrites, le contrôleur de disque écrit les données de la mémoire sur le disque.

2.2 Optimisation des performances des E/S disque
Afin d'améliorer les performances des E/S disque, les stratégies d'optimisation suivantes peuvent être adoptées :

(1) Utiliser une baie de disques : Une baie de disques est un système de stockage composé de plusieurs disques, qui peut fournir plus Hautes performances IO et tolérance aux pannes. Une baie de disques combine plusieurs disques pour traiter plusieurs requêtes d'E/S en parallèle, améliorant ainsi la simultanéité et le débit des E/S.

(2) Principe de localité des données : les performances des E/S du disque sont affectées par le principe de localité de lecture et d'écriture des données. Le principe de localité signifie qu'une application est plus susceptible d'accéder ou de modifier des données récemment utilisées sur une période donnée. Par conséquent, les technologies de prélecture, de prélecture et de mise en cache peuvent être utilisées pour optimiser les principes de localisation des données et améliorer les performances des E/S.

(3) Ajuster la disposition du disque : le stockage des données sur le disque peut optimiser les performances d'E/S en ajustant la disposition du disque. Par exemple, placer les données fréquemment consultées sur la face externe du disque peut réduire le temps nécessaire au déplacement de la tête du disque et augmenter la vitesse de lecture des données.

Résumé :
Les E/S réseau et les E/S disque sont deux opérations d'E/S courantes dans les systèmes informatiques. Network IO est la transmission de données sur le réseau, tandis que Disk IO est la lecture et l'écriture de données sur le disque. Ils diffèrent par les performances du système et les scénarios d'application.

Afin d'optimiser les performances des IO réseau, vous pouvez adopter des stratégies telles que l'utilisation d'IO asynchrones, la réduction de la quantité de transmission de données et l'utilisation du cache. Afin d'optimiser les performances des E/S disque, vous pouvez utiliser des baies de disques, utiliser le principe de localisation des données et ajuster la disposition des disques et d'autres stratégies. Qu'il s'agisse d'E/S réseau ou d'E/S disque, l'optimisation de leurs performances est très importante pour améliorer les performances globales du système informatique.

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