你們知道當程序需要讀取或者寫入數據的時候，CPU是如何操作我們的磁盤的嗎？首先CPU肯定是要把讀寫數據的命令告訴給磁盤，這個命令可以通過IO總線傳給磁盤，那這里有個細節，其實我們常說的磁盤不僅僅是只包含存儲數據的媒介，還有接口，接口相信大家都熟悉，接口的意義不僅僅是為了連接到IO總線上的，其實這個接口里還有個叫做控制器的東西，控制器才是真正控制磁盤讀寫的東西，當CPU發出讀寫指令的時候，這個指令其實是告訴磁盤控制器的。以讀為例，當控制器收到讀的請求時，它告訴磁盤：“你把xx數據給我吧”，當機械硬盤經過轉動、尋道找到目標扇區后，把目標數據給磁盤控制器：“哥，這是你要的數據”，控制器收到數據之后，其實不會立馬通知CPU，因為需要讀的數據可能涉及到多個扇區，如果每讀一個扇區的數據就通知，會導致效率低下。
CPU：“控制器老弟，你這是搞事啊，我很忙的，每次搞這么點數據就通知我，能不能把我需要的數據都準備好，再通知我”。
“控制器”：“好的，CPU老哥”。
于是控制器內部就搞了個緩沖區，把讀到的數據先緩存起來，然后通知CPU來取數據，但是問題又發生了...
CPU：“控制器老弟，數據你是準備好了，但是你給我的數據已經是損壞的，玩我呢！”
“控制器”：“CPU老哥，俺錯了，下次一定不會”。
于是控制器為了判斷讀到的數據是否發生了損壞，會先計算下校驗和，如果校驗和不通過，那么就不會通知CPU來取壞的數據了。
當緩沖區快要滿了或者需要讀的數據已經讀完了并且校驗數據也是OK的，這時控制器就會發出個中斷：“CPU老哥，你要的數據好了，過來取吧”，于是CPU屁顛屁顛的過來拿數據，當然它也是分批拿的，每次從控制器的緩沖區中一個字節一個字節的拿，直至取完。整個過程看起來還不錯，但是有個很嚴重的效率問題：CPU每次取數據的單位有點小（一個字節），這樣勢必造成CPU多次往返，那有什么辦法解決這個問題呢？我們接著往下看。
緩沖
在講緩沖之前，我們先了解一下當我們的程序發出read的時候，數據是怎么返回的，首先和設備打交道的時候，需要發起系統調用，系統調用會導致進入內核態，然后CPU去讀數據，讀到數據后，在把數據返給用戶程序，這時又回到用戶態。
這里我們先著重看下數據從內核態到到用戶態的過程，通過上文我們知道CPU是一個字節一個字節的讀取數據的，當CPU拿到數據之后，可以有這樣幾個選擇：
每次讀到一個字節后立馬發出中斷，然后由中斷程序把每個字節交給用戶進程，用戶進程收到數據之后，再發起下個字節的讀取，就這樣不停的循環...，直至把數據讀完。這種模式的問題在于每個字節都要喚起進程，然后用戶進程繼續阻塞等待下個字節的到來，很傻很低效。
用戶程序可以每次多讀點數據，比如每次告訴CPU：“我要讀n個字節”，CPU收到指令后去磁盤把數據讀到，當然這里肯定不是一個字節一個字節的發起中斷，不然和1無區別，由于一開始已經告訴CPU要讀n個字節，所以要等讀滿n個字節后才能發起中斷，那如何知道讀滿n個字節了呢？這就需要緩沖了，可以在用戶空間開辟一個n個字節的緩沖區，當緩沖區滿了，再發起中斷，相比第一種n次中斷，這里只需要一次中斷，是不是效率提高了許多。
第二種方法解決了用戶程序低效的問題，但是不要忘記了還有CPU，CPU還是一個字節一個字節的把數據搬運到用戶的緩沖區中，這樣看CPU還是挺辛苦的，不僅要讀取數據，還要低效的把數據從內核空間搬運到用戶空間，注意這個在內核空間和用戶空間之間的切換還是挺耗費時間的，于是為了減少切換開銷，內核空間干脆也搞個緩沖區，等緩沖區有足夠多的數據之后，一次性的給到用戶程序，這樣是不是就高效多了。
可以發現最后一種肯定是效率最高的，這也是現代操作系統普遍使用的方式，然而這種模式也不是百分百的完美，我們來看下相關的時序圖。
時序圖中我們先重點看下CPU這塊，可以發現當控制器的緩沖區滿了之后需要CPU把數據copy到內核緩沖區，然后CPU再把內核緩沖區的數據copy到用戶緩沖區，CPU不僅要負責數據的讀寫還要負責數據的搬運。
