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Linux的5種IO模型用法詳解

瀏覽:6日期:2023-05-12 10:25:34
目錄
  • 阻塞IO(Blocking I/O)
  • 非阻塞IO(Non-Blocking I/O)
  • 多路復(fù)用IO(I/O Multiplexing)
  • 信號(hào)驅(qū)動(dòng)式IO(Signal-Driven I/O)
  • 異步IO(Asynchronous I/O)

阻塞IO(Blocking I/O)

阻塞IO是最常見的IO模型。

當(dāng)發(fā)起一個(gè)IO操作時(shí),比如讀取數(shù)據(jù),系統(tǒng)會(huì)調(diào)用read()函數(shù)。如果請(qǐng)求的數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好,此時(shí)進(jìn)程會(huì)被掛起(blocked),進(jìn)入等待狀態(tài)。直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好,而且復(fù)制到應(yīng)用進(jìn)程的緩沖區(qū),這時(shí)候才會(huì)返回。

從調(diào)用到返回,整個(gè)時(shí)間段都是阻塞的,所以被稱為阻塞IO。

就像是手機(jī)沒電的時(shí)候,去飯館吃飯,我點(diǎn)完菜,只能等著廚師做好,服務(wù)員端上來,我才能愉快干飯。這段時(shí)間,我就只能坐在座位上干等。

非阻塞IO(Non-Blocking I/O)

阻塞IO,還是比較浪費(fèi)資源的,那么非阻塞IO就來了。

所謂非阻塞IO,是在調(diào)用IO操作時(shí),如果緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)的話,直接返回一個(gè)錯(cuò)誤碼。應(yīng)用進(jìn)程需要不斷輪詢,來檢查數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了,就返回?cái)?shù)據(jù)。

就像是我奢侈一把,想吃個(gè)西餐,于是就去了肯德基,點(diǎn)完餐,我就可以坐著刷刷手機(jī)。當(dāng)然,我還需要時(shí)不時(shí)地看看我的餐是不是已經(jīng)備好,餐備好了,就去取一下。

多路復(fù)用IO(I/O Multiplexing)

雖然非阻塞IO相比阻塞IO,性能提升了很多,但是輪詢過程中,還是有大量的系統(tǒng)調(diào)用,上下文切換的開銷比較大。

那么,多路復(fù)用IO就來了。

多路指的是多個(gè)數(shù)據(jù)通道,復(fù)用指的是一個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)文件描述符(比如socket),當(dāng)某個(gè)文件描述符狀態(tài)發(fā)生變化(比如變得可讀或可寫),多路復(fù)用的函數(shù)將返回變化的文件描述符。

這樣,在數(shù)據(jù)傳輸過程中,同一個(gè)進(jìn)程中不同的任務(wù)都能被處理。特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)傳輸過程中,進(jìn)程能夠同時(shí)處理多個(gè)任務(wù),提高了程序的效率。

select、poll、epoll 等都是 I/O 多路復(fù)用的具體實(shí)現(xiàn)。

以select/poll為例,進(jìn)程通過將一個(gè)或多個(gè)fd傳遞給select或poll系統(tǒng)調(diào)用,阻塞在select操作上,這樣select/poll可以偵測(cè)多個(gè)fd是否處于就緒狀態(tài)。當(dāng)有fd就緒時(shí),立即回調(diào)函數(shù)rollback,接下來就可以進(jìn)行讀取。

就像是我想吃頓好的,于是選擇去吃自助餐,自助餐有很多餐區(qū),我先看看哪個(gè)餐區(qū)有我想吃的菜,然后端著盤子去取就行了,一個(gè)人就可以取多個(gè)菜,肉、蔬菜、水果,什么都能吃一點(diǎn),而且不用怎么等。

信號(hào)驅(qū)動(dòng)式IO(Signal-Driven I/O)

信號(hào)驅(qū)動(dòng)式IO利用信號(hào)機(jī)制來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

進(jìn)程首先告訴內(nèi)核,當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí),請(qǐng)發(fā)送一個(gè)SIGIO信號(hào)。進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù),等到收到信號(hào)后,再開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。、

就像是我去吃飯,外帶,跟服務(wù)員打聲招呼,餐好了通知我,這時(shí)候我就可以去干其它事情,餐備好之后,服務(wù)員通知我,我取餐就行了。

異步IO(Asynchronous I/O)

異步IO是指當(dāng)發(fā)起一個(gè)IO操作后,系統(tǒng)會(huì)立即返回。異步IO操作在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)傳輸完成后,系統(tǒng)將通知進(jìn)程。這樣,在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中,進(jìn)程都可以執(zhí)行其他任務(wù),不需要等待。

就像是準(zhǔn)備吃飯了,我自己懶得動(dòng),直接在某團(tuán)上點(diǎn)個(gè)餐,點(diǎn)完之后愛干啥干啥,等著快遞小哥給我送到就行了。

可以看到,阻塞非阻塞主要指的是等待數(shù)據(jù)這個(gè)過程應(yīng)用進(jìn)程需不需要掛起,同步異步指的是等待數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)拷貝這兩個(gè)過程應(yīng)用進(jìn)程需不需要掛起,只有異步IO做到了完全異步。

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