当执行I/O操作的时候，无论是同步I/O操作还是异步I/O操作，都会调用的Windows的API方法，比如，当读取文件的时候，调用ReadFile函数。该方法会将你的当前线程从用户态转变成内核态，会生成一个I/O请求包，并且初始化这个请求包，这个包中包含一个文件句柄，一个偏移量和一个Byte[]数组。ReadFile会向内核传递，根据这个请求包，windows内核知道需要将这个I/O操作发送给哪个硬件设备。这些I/O操作会进入设备自己的处理队列中，该队列由这个设备的驱动程序维护。
如果此时是同步I/O操作，那么在硬件设备操作I/O的时候，发出I/O请求的线程由于无事可做被windows变成睡眠状态，当硬件设备完成操作后，再唤醒这个线程。这种方式非常直接，但是性能不高，如果请求数很多，那么休眠的线程数也很多，浪费了大量资源。
如果是异步I/O操作，那么情况不同了。.Net中，异步的I/O操作为BeginXXX的形式。该方法在Windows把I/O请求包发送到设备的处理队列后就返回了。同时，在调用异步I/O操作的时候，即调用BeginXXX方法的时候，需要传入一个委托，该委托方法会随着I/O请求包一路传递到设备的驱动程序。在设备处理完I/O请求包后，将该委托再放到CLR线程池队列。在CLR内部有一个IOCP（I/O
completion
port），它提供了在处理多个异步I/O请求的线程模型，可以把这个IOCP看做是一个消息队列，当一个进程创建了一个IOCP，即创建了一个队列。当异步I /
O请求完成时，设备驱动程序就会生成一个I/O完成包,将它按照FIFO方式排队列入该完成端口。之后，会有线程提取完成I/O请求包，并调用之前的委托。IOCP会预分配的线程池，线程数量和CPU数量一致，这样的好处是避免了线程的上下文切换。这种方式比即时创建线程处理I/O请求速度更快。这种机制很好的实现了异步通信，既提高了性能又平衡了资源。
参考资料
《CLR VIA C#》
《Pro .NET Performance》
《Windows核心编程(第5版)中文版》
http://blog.csdn.net/piggyxp/article/details/6922277
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa365198(v=vs.85).aspx
同步I/O操作和异步I/O操作,布布扣,bubuko.com