5種網(wǎng)絡(luò)I/O模型-創(chuàng)新互聯(lián)

IO發(fā)生時(shí)涉及的對(duì)象和步驟：

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對(duì)象：

對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)IO，涉及到了兩個(gè)對(duì)象，一個(gè)是進(jìn)程，另一個(gè)是系統(tǒng)內(nèi)核。當(dāng)一個(gè)read發(fā)生時(shí)，會(huì)進(jìn)行一下步驟

步驟：

1. 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備（即等待）

2. 將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到應(yīng)用進(jìn)程中

幾種I/O模型的區(qū)別一般就在以上兩個(gè)階段有所不同

下面介紹了5種不同的I/O模型：

阻塞IO

非阻塞IO

多路復(fù)用IO

信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO

異步IO

以上5中IO中，前4種為同步IO，第5種為異步IO

1. 阻塞IO

 在linux中，默認(rèn)的socket都是阻塞的

 一個(gè)典型的讀操作的流程大概是這樣的：

 當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程調(diào)用recv/recvfrom系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，會(huì)檢查內(nèi)核接收緩沖區(qū)是否準(zhǔn)備好了數(shù)據(jù)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)IO 來(lái)說(shuō)，很多時(shí)候數(shù)據(jù)在一開(kāi)始的時(shí)候還沒(méi)有到達(dá)，所以進(jìn)程會(huì)阻塞等待，直到內(nèi)核緩沖區(qū)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了（對(duì)UDP來(lái)說(shuō)要收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)報(bào)），內(nèi)核就把數(shù)據(jù)拷貝到用戶(hù)緩沖區(qū)，然后內(nèi)核返回結(jié)果。

   所以，阻塞IO的特點(diǎn)就是在IO執(zhí)行的兩個(gè)階段都被block了

2.非阻塞IO

 在linux中，socket可以通過(guò)參數(shù)被設(shè)置為非阻塞的

 同樣，一個(gè)典型的阻塞讀操作的流程大是這樣的：

 當(dāng)調(diào)用recv/recvfrom系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，檢查內(nèi)核是否準(zhǔn)備好了數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有就直接返回一個(gè)error，并 不會(huì)阻塞等待數(shù)據(jù)，用戶(hù)可以循環(huán)調(diào)用recv/recvfrom，這樣的話(huà)，如果內(nèi)核一直沒(méi)有準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)， 函數(shù)就會(huì)一直返回一個(gè)error，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，才會(huì)把數(shù)據(jù)拷貝到用戶(hù)緩沖區(qū)，并返回

   所以，用戶(hù)進(jìn)程其實(shí)是需要不斷的主動(dòng)詢(xún)問(wèn)內(nèi)核數(shù)據(jù)好了沒(méi)有。

3. 多路復(fù)用IO

 系統(tǒng)提供select函數(shù)和epoll來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用輸入/輸出模型,select/epoll可以用單個(gè)進(jìn)程來(lái)處理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的IO，它的基本原理就是這兩個(gè)函數(shù)會(huì)不斷的輪詢(xún)它所負(fù)責(zé)的所有socket，當(dāng)有任何一個(gè)  socket收到數(shù)據(jù)就會(huì)返回通知用戶(hù)，此時(shí)用戶(hù)調(diào)用recv/recvfrom，將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶(hù)內(nèi)存用戶(hù)進(jìn)程其實(shí)也是一直被阻塞的，但和阻塞IO不同，該方式是select函數(shù)進(jìn)行阻塞，而阻塞IO是recv函數(shù)進(jìn)行阻塞，另外，select的優(yōu)勢(shì)是可以同時(shí)處理多個(gè)連接

4. 信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO

 使用信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O時(shí)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)套接字可讀后，內(nèi)核通過(guò)發(fā)送SIGIO信號(hào)通知應(yīng)用進(jìn)程，于是應(yīng)用可以開(kāi) 始讀取數(shù)據(jù)。該方式并不是異步I/O，因?yàn)閷?shí)際讀取數(shù)據(jù)到應(yīng)用進(jìn)程緩存的工作仍然是由應(yīng)用自己負(fù)責(zé)的。

5. 異步IO

 當(dāng)用戶(hù)進(jìn)程發(fā)起一個(gè)read操作后，內(nèi)核收到該read操作后，首先它會(huì)立刻返回，所以不會(huì)對(duì)用戶(hù)進(jìn)程 阻塞，然后它會(huì)等待數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備完成，再把數(shù)據(jù)拷貝到用戶(hù)內(nèi)存，完成之后，它會(huì)給用戶(hù)進(jìn)程發(fā)送一個(gè)信號(hào)，告訴用戶(hù)進(jìn)程read操作完成了

下面來(lái)思考這兩個(gè)問(wèn)題：

1.阻塞IO與非阻塞IO的區(qū)別：

調(diào)用阻塞IO的時(shí)候進(jìn)程會(huì)一直阻塞直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，并且拷貝完成才解除阻塞

而非阻塞IO不會(huì)阻塞對(duì)應(yīng)進(jìn)程，盡管數(shù)據(jù)還沒(méi)準(zhǔn)備好，也會(huì)立刻返回

2.同步IO與異步IO的區(qū)別：

兩者的區(qū)別在于，同步IO在IO操作的時(shí)候會(huì)阻塞，這里的IO操作是真正意義上的IO操作，也就是非阻塞IO中的recv/recvfrom系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)內(nèi)核準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后，recvfrom會(huì)將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶(hù)中，這段時(shí)間內(nèi)，進(jìn)程是被阻塞的。

而異步IO則不一樣，當(dāng)進(jìn)程發(fā)起IO操作后，就直接返回，剩下的工作全部交給內(nèi)核來(lái)完成，知道內(nèi)核給用戶(hù)進(jìn)程發(fā)送一個(gè)信號(hào)告訴它IO完成，整個(gè)過(guò)程中進(jìn)程沒(méi)有被阻塞

非阻塞IO和異步IO：

在非阻塞IO中，雖然進(jìn)程大部分時(shí)間都不會(huì)被阻塞i，但是它仍然要求進(jìn)程去主動(dòng)的check，并且當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成以后，也需要進(jìn)程主動(dòng)的再次調(diào)用recvfrom來(lái)將數(shù)據(jù)拷貝到用戶(hù)內(nèi)存。而異步IO則完全不同。它就像是用戶(hù)進(jìn)程將整個(gè)IO操作交給了他人（內(nèi)核）完成，然后他人做完后發(fā)信號(hào)通知。在此期間，用戶(hù)進(jìn)程不需要去檢查IO操作的狀態(tài)，也不需要主動(dòng)的去拷貝數(shù)據(jù)。

《完》

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文章名稱(chēng)：5種網(wǎng)絡(luò)I/O模型-創(chuàng)新互聯(lián)
瀏覽路徑：http://bm7419.com/article32/dseosc.html

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