IO模型

LInux下的五种IO模型

1.阻塞I/O

阻塞io就是当程序发起读取数据的请求,但是内核数据没有准备好之前,程序就会处于等待状态,直到内核数据准备好,才开始io。

术语:在应用调用recvfrom读取数据时,其系统调用直到数据包到达且被复制到应用缓冲区中或者发送错误时才返回,在此期间一直会等待,进程从调用到返回这段时间内都是被阻塞的称为阻塞IO;

流程:

1.应用进程向内核发起recvform

2.准备数据包(应用进程阻塞)

3.将数据从内核复制到应用空间

4.复制成功返回提示

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2.非阻塞I/O

当内核没有准备好数据的时候就不会让让应用程序阻塞在那等待


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术语描述

非阻塞IO是在调用recvform读取数据时,如果该缓冲区没有数据的话就会直接犯坏一个EWOULD BLOCK错误,不会让应用一直等待,在没有数据的时候就会即刻返回数据标识,那么意味着如果应用读取数据就需要不断的调用recvform请求,直到读取到它要的数据为止,

流程:

1.应用走向内核发起recvform读取数据

2.如果数据没有准备好,即刻返回EWOULDBLOCK错误码

3.应用进程向内核发起recvform读取数据

4.已有数据包准备好进行整个步骤,否则还是返回错误码

5.将数据从内核拷贝到用户空间

6.完成后返回成功提示

3.I/O复用(select和poll)

由一个线程监控多个网络请求(linux系统把所有网络请求使用一个标识来表示),这样就可以只需要一个或者几个线程就可以完成数据状态询问的操作状态,当有数据准备就绪之后再分配对应的线程读取数据,这样就可以节省出大量的资源出来。IO复用墨香的思路就是踢动了一种函数可以监控多个状态询问的操作,这个函数就是select,poll,epoll函数,有了这个函数后,应用线程通过调用select函数就可以同事监控多个IO,select函数监控的IO只要有任何一个数据状态准备好了,select函数就会返回可读状态,这是后询问线程再去通知处理数据的线程,对应线程此时再发起recvform请求读取数据。

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术语描述:

进程通过将一个或者多个IO的状态传递给select,阻塞在select操作上,select帮我们侦测多个IO的状态是否准备就绪,当有IO状态准备就绪,select返回数据可读状态,应用程序在调用recvform读取数据

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4.信号驱动I/O

信号驱动IO不是用循环请求方式监控就绪状态,而是在调用sigaction时候建立一个SIGIO的信号联系,当内核数据准备好之后在通过SIGIO信号通知线程数据准备好后的可读状态,当线程收到可读状态信号后,此时,在想内核发起recvform读取数据的请求,因为信号驱动IO的模型下应用线程在发出信号监控后可返回,不会阻塞,所以这样的方式下一个引用可以同时监控多个IO状态

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术语描述

首先开启套接口信号驱动IO功能,并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数,此时请求即刻返回,当数据准备就绪时候,就生成对应的进程SIGIO信号,通过信号回调通知应用线程调用recvform来读取数据。

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和IO复用模型比较

IO复用模型中是通过select不断的轮询来监控IO状态,其实大部分轮询是无效的,所以信号驱动IO只需要发送请求等待数据就绪通知即可,这样就可以避免大量无效的数据状态轮询操作。

5.异步I/O(前面四种都是同步I/O,第五种是异步I/O

应用只需要向内核发送一个read请求,告诉他内核要读取数据后即可返回,内核收到请求后会建立一个信号联系,当数据准备就绪,内核会主动吧数据从内核复制到用户空间,等所有操作就完成之后,内核就会发起一个通知高数应用。


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术语描述

应用告知内核启动某个操作,并让内核在整个操作完成之后,通知应用,这种模型与信号驱动模型主要区别在于,信号驱动只是有内核通知我们可以下一个IO操作,而异步IO模型是由内核通知我们操作什么时候完成

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和同步IO的对比

异步IO的优化思路解决了应用程序先后发送询问请求,发送请求和接收请求俩个阶段的模式,在异步IO的模式下,只需要向内核发送一次请求就可以完成状态询问和数据拷贝的所有操作

原文链接
https://zhuanlan.zhihu.com/p/115912936

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