是最简单的机器数表示法。用最高位表示符号位，‘1’表示负号，‘0’表示正号。其他位存放该数的二进制的绝对值。
若以带符号位的四位二进值数为例： 
    1010 ： 最高位为‘1’,表示这是一个负数，其他三位为‘010’，
    即（0*2^2）+（1*2^1）+（0*2^0）=2（‘^’表示幂运算符）
    所以1010表示十进制数（-2）。

正数的反码还是等于原码；
负数的反码就是他的原码除符号位外，按位取反。
若以带符号位的四位二进制数为例：
    3是正数，反码与原码相同，则可以表示为0011
    -3的原码是1011，符号位保持不变，低三位（011）按位取反得（100）
    所以-3的反码为1100

正数的补码等于他的原码，
负数的补码等于反码+1。
若以带符号位的四位二进制数为例：
    3是正数，反码与原码相同，则可以表示为0011
    -3的原码是1011，符号位保持不变，低三位（011）按位取反得（100）
    所以-3的反码为1100

正数的补码等于他的原码，
负数的补码等于反码+1。

Kernel space 是 Linux 内核的运行空间，User space 是用户程序的运行空间。为了安全，它们是隔离的，即使用户的程序崩溃了，内核也不受影响。
Kernel space 可以执行任意命令，调用系统的一切资源；User space 只能执行简单的运算，不能直接调用系统资源，必须通过系统接口（又称 system call），才能向内核发出指令。通过系统接口，进程可以从用户空间切换到内核空间。

第一项24.8 us（user 的缩写）就是 CPU 消耗在 User space 的时间百分比，
第二项0.5 sy（system 的缩写）是消耗在 Kernel space 的时间百分比。
ni：niceness 的缩写，CPU 消耗在 nice 进程（低优先级）的时间百分比
id：idle 的缩写，CPU 消耗在闲置进程的时间百分比，这个值越低，表示 CPU 越忙
wa：wait 的缩写，CPU 等待外部 I/O 的时间百分比，这段时间 CPU 不能干其他事，但是也没有执行运算，这个值太高就说明外部设备有问题
hi：hardware interrupt 的缩写，CPU 响应硬件中断请求的时间百分比
si：software interrupt 的缩写，CPU 响应软件中断请求的时间百分比
st：stole time 的缩写，该项指标只对虚拟机有效，表示分配给当前虚拟机的 CPU 时间之中，被同一台物理机上的其他虚拟机偷走的时间百分比

缓存IO：数据从磁盘先通过DMA copy到内核空间，再从内核空间通过cpu copy到用户空间
直接IO：数据从磁盘通过DMA copy到用户空间

1）在一定程度上分离了内核空间和用户空间，保护系统本身的运行安全；
2）可以减少读盘的次数，从而提高性能。  

在缓存 I/O 机制中，DMA 方式可以将数据直接从磁盘读到页缓存中，或者将数据从页缓存直接写回到磁盘上，而不能直接在应用程序地址空间和磁盘之间进行数据传输，这样，数据在传输过程中需要在应用程序地址空间（用户空间）和缓存（内核空间）之间进行多次数据拷贝操作，这些数据拷贝操作所带来的CPU以及内存开销是非常大的。

直接IO就是应用程序直接访问磁盘数据，而不经过内核缓冲区，也就是绕过内核缓冲区,自己管理I/O缓存区，这样做的目的是减少一次从内核缓冲区到用户程序缓存的数据复制。
引入内核缓冲区的目的在于提高磁盘文件的访问性能，因为当进程需要读取磁盘文件时，如果文件内容已经在内核缓冲区中，那么就不需要再次访问磁盘；而当进程需要向文件中写入数据时，实际上只是写到了内核缓冲区便告诉进程已经写成功，而真正写入磁盘是通过一定的策略进行延迟的。然而，对于一些较复杂的应用，比如数据库服务器，它们为了充分提高性能，希望绕过内核缓冲区，由自己在用户态空间实现并管理I/O缓冲区，包括缓存机制和写延迟机制等，以支持独特的查询机制，比如数据库可以根据更加合理的策略来提高查询缓存命中率。另一方面，绕过内核缓冲区也可以减少系统内存的开销，因为内核缓冲区本身就在使用系统内存。
应用程序直接访问磁盘数据，不经过操作系统内核数据缓冲区，这样做的目的是减少一次从内核缓冲区到用户程序缓存的数据复制。这种方式通常是在对数据的缓存管理由应用程序实现的数据库管理系统中。
直接I/O的缺点就是如果访问的数据不在应用程序缓存中，那么每次数据都会直接从磁盘进行加载，这种直接加载会非常缓慢。通常直接I/O跟异步I/O结合使用会得到较好的性能。  

当应用程序调用read接口时，操作系统检查在内核的高速缓存有没有需要的数据，如果已经缓存了，那么就直接从缓存中返回，如果没有，则从磁盘中读取，然后缓存在操作系统的缓存中。应用程序调用write接口时，将数据从用户地址空间复制到内核地址空间的缓存中，这时对用户程序来说，写操作已经完成，至于什么时候再写到磁盘中，由操作系统决定，除非显示调用了sync同步命令。

1）操作系统将数据从磁盘复制到操作系统内核的页缓存中 
2）应用将数据从内核缓存复制到应用的缓存中 
3）应用将数据写回内核的Socket缓存中 
4）操作系统将数据从Socket缓存区复制到网卡缓存，然后将其通过网络发出

磁盘IO主要的延时是由（以15000rpm硬盘为例）： 机械转动延时（机械磁盘的主要性能瓶颈，平均为2ms） + 寻址延时（2~3ms） + 块传输延时（一般4k每块，40m/s的传输速度，延时一般为0.1ms) 决定。（平均为5ms）
而网络IO主要延是由： 服务器响应延时 + 带宽限制 + 网络延时 + 跳转路由延时 + 本地接收延时 决定。（一般为几十到几千毫秒，受环境干扰极大）
所以两者一般来说网络IO延时要大于磁盘IO的延时。

指的是用户空间和内核空间数据交互的方式
* 同步：用户空间要的数据，必须等到内核空间给它才做其他事情
* 异步：用户空间要的数据，不需要等到内核空间给它，才做其他事情。内核空间会异步通知用户进程，并把数据直接给到用户空间。

指的是用户就和内核空间IO操作的方式
* 堵塞：用户空间通过系统调用（systemcall）和内核空间发送IO操作时，该调用是堵塞的
* 非堵塞：用户空间通过系统调用（systemcall）和内核空间发送IO操作时，该调用是不堵塞的，直接返回的，只是返回时，可能没有数据而已

Reactor模式主要包含下面几部分内容：
* 初始事件分发器(Initialization Dispatcher)：用于管理Event Handler，定义注册、移除EventHandler等。它还作为Reactor模式的入口调用Synchronous Event Demultiplexer的select方法以阻塞等待事件返回，当阻塞等待返回时，根据事件发生的Handle将其分发给对应的Event Handler处理，即回调EventHandler中的handle_event()方法
* 同步（多路）事件分离器(Synchronous Event Demultiplexer)：无限循环等待新事件的到来，一旦发现有新的事件到来，就会通知初始事件分发器去调取特定的事件处理器。
* 系统处理程序(Handles)：操作系统中的句柄，是对资源在操作系统层面上的一种抽象，它可以是打开的文件、一个连接(Socket)、Timer等。由于Reactor模式一般使用在网络编程中，因而这里一般指SocketHandle，即一个网络连接（Connection，在Java NIO中的Channel）。这个Channel注册到Synchronous Event Demultiplexer中，以监听Handle中发生的事件，对ServerSocketChannnel可以是CONNECT事件，对SocketChannel可以是READ、WRITE、CLOSE事件等。
* 事件处理器(Event Handler)： 定义事件处理方法，以供Initialization Dispatcher回调使用。