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Unix/Linux下5种I/O模型

2020-07-18 09:19 工业·编程 ⁄ 共 971字 ⁄ 字号 暂无评论

1. 五种I/O模型

网络编程,经常接触下述的I/O相关的概念:

同步(Synchronous)

异步(Asynchronous)

阻塞(Blocking)

非阻塞(Non-blocking)

信号驱动(Signal driven)

他们之间的关系如下图:

IO模型

引用网上一个比喻:

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,如果是同步通信机制,书店老板会说,你稍等,”我查一下”,然后开始查啊查,等查好了(可能是5秒,也可能是一天)告诉你结果(返回结果)。

而异步通信机制,书店老板直接告诉你我查一下啊,查好了打电话给你,然后直接挂电话了(不返回结果)。然后查好了,他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,你如果是阻塞式调用,你会一直把自己“挂起”,直到得到这本书有没有的结果。如果是非阻塞式调用,你不管老板有没有告诉你,你自己先一边去玩了, 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。

在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

2. 阻塞I/O模型

阻塞I/O模型是最常见的I/O模型了,对于所有的“慢速设备”(socket、pipe、fifo、terminal)的I/O默认的方式都是阻塞的方式。阻塞就是进程放弃cpu,让给其他进程使用cpu。进程阻塞最显著的表现就是“进程睡眠了”。阻塞的时间通常取决于“数据”是否到来。

阻塞I/O模型

3. 非阻塞I/O模型

非阻塞IO就是设置IO相关的系统调用为non-blocaking,随后进行的IO操作无论有没有可用数据都会立即返回,并设置errno为EWOULDBLOCK或者EAGAIN。我们可以通过主动check的方式(polling,轮询)确保IO有效时,随之进行相关的IO操作。

这种方式有一个很大的缺点就是浪费太多的CPU时间用在做轮询上。

非阻塞I/O模型

4. 多路复用I/O模型

多路复用是让阻塞发生在我们的多路复用IO操作的系统调用上面,而不是我们真正去执行IO的系统调用。使用这个方式的好处就是可以同时监控多个用于IO的文件描述符。

多路复用I/O模型

5. 信号驱动I/O模型

所谓信号驱动,就是利用信号机制,安装信号SIGIO的处理函数(进行IO相关操作),通过监控文件描述符,当其就绪时,通知目标进程进行IO操作(signal handler)。

信号驱动I/O模型

6. 异步I/O模型

异步I/O模型

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