參考《操作系統導論》
介紹異步與多線程之前，先熟悉一下IO設備，這與異步關係密切
一、IO設備
1、問題：IO是如何集成進系統中的？一般的機制是什麼？IO集成遇到的問題有哪些？如何解決集成遇到的問題？如何讓它們變得高效？
爲什麼需要這樣的佈局？因爲造價和物理佈局，高性能的內存總線沒有足夠的空間來連接外圍設備，而且高性能設備造價較高。
2、標準設備
由2部分組成，第1部分向系統展示的硬件接口，讓系統軟件來控制它的操作。第2部分內部結構主要包含一些複雜設備CPU、一些通用內存、設備相關的特性芯片。
3、標準協議具體
簡化的設備接口包含3個寄存器：一個狀態寄存器，可以查看設備的當前狀態；一個命令寄存器，用於通知設備執行某個具體任務；一個數據寄存器，將數據傳給設備或從設備接收數據。
操作系統與設備的經典交互，
while (status == BUSY)
;
write data to data register
write command to command regitster
while (status == BUSY)
;
這個簡單的模型效率低下，輪詢效率低下，在等待設備執行完成命令浪費大量CPU，如果此時切換到下一個就緒進程，就可以大大提高CPU使用率。
4、操作系統檢查設備狀態如何避免頻繁輪詢，降低CPU開銷？
中斷避免了頻繁輪詢，CPU向設備發送一個請求，然後切換到其他任務。當設備完成了自身操作，會拋出一個硬件中斷，引發CPU跳轉執行操作系統預先定義好的中斷服務例程，或者更簡單的中斷處理程序。中斷處理程序是一小段操作系統代碼，它會結束之前的請求並且喚醒等待IO的進程繼續執行。
中斷並非總是最佳方案，高性能設備處理請求很塊，通過在CPU第一次輪詢時就可以返回結果。此時用中斷反而會拖慢進程，因爲切換到其他進程，處理中斷，再切換回之前的進程代價不小的。
另外一種情況最好不要使用中斷的場景是網絡。網絡端收到大量的數據包，如果每個包都發生一箇中斷，那麼有可能引發操作系統發生活鎖，即不處理中斷無法處理用戶層的請求。web服務器因爲“點槓效應”而突然承受很重的負載。輪詢可以更好的控制系統的行爲，並允許web服務器先服務一些用戶的請求。
另一種基於中斷的優化就是合併。由於設備拋出中斷之前往往會等待一小段時間，在此期間，其他請求可能很塊完成，因此多次中斷可以合併爲一次中斷拋出，從而降低處理中斷的代價。等待太長會增加請求的延遲。
5、如何DMA進行更高效的數據傳輸？
前面介紹的還需要注意一點。具體的說，如果使用編程的IO將一大塊數據傳給設備，CPU又會因爲參與將數據拷貝到設備，或者從設備上接收數據的過程中，導致CPU負載很重。浪費了時間和算力，本來可以服務其他進程的。
如何減少CPU的時間會浪費在向設備傳輸數據或從設備傳出數據的過程中。從而提高CPU的使用率？
解決方案是使用DMA（Direct Memory Access）。DMA引擎是系統中的一個特殊設備，可以協調完成內存和設備間的數據傳遞，不需要CPU介入。
DMA工作過程如下，爲了能夠將數據傳給設備，操作系統會通過編程告訴DMA引擎數據在內存的位置，要拷貝的大小以及要拷貝到哪個設備。在此之後操作系統就可以處理其他請求了。當DMA的任務完成後，DMA控制器會拋出一箇中斷來告訴操作系統自己已經完成數據傳輸。
中斷與DMA的區別：
中斷是CPU向設備發送一個請求，然後切換到其他任務。當設備完成了自身操作後，會拋出一個硬件中斷，引發CPU跳轉執行中斷服務程序並重新喚醒等待IO的進程並繼續執行。
DMA不需要CPU參與，操作系統會通過編程告訴DMA引擎數據在內存位置，要拷貝的大小以及要拷貝到哪個設備，在此操作系統就可以處理其他請求了。當DMA的任務完成後，DMA控制器會拋出一中斷告訴操作系統自己已完成數據傳輸。