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

IO發(fā)生時涉及的對象和步驟：

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對象：

對于一個網(wǎng)絡(luò)IO，涉及到了兩個對象，一個是進程，另一個是系統(tǒng)內(nèi)核。當(dāng)一個read發(fā)生時，會進行一下步驟

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)用進程中

幾種I/O模型的區(qū)別一般就在以上兩個階段有所不同

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

信號驅(qū)動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

 一個典型的讀操作的流程大概是這樣的：

 當(dāng)用戶進程調(diào)用recv/recvfrom系統(tǒng)調(diào)用時，會檢查內(nèi)核接收緩沖區(qū)是否準(zhǔn)備好了數(shù)據(jù)，對于網(wǎng)絡(luò)IO 來說，很多時候數(shù)據(jù)在一開始的時候還沒有到達，所以進程會阻塞等待，直到內(nèi)核緩沖區(qū)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了（對UDP來說要收到一個完整的數(shù)據(jù)報），內(nèi)核就把數(shù)據(jù)拷貝到用戶緩沖區(qū)，然后內(nèi)核返回結(jié)果。

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

2.非阻塞IO

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

 同樣，一個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，檢查內(nèi)核是否準(zhǔn)備好了數(shù)據(jù)，如果沒有就直接返回一個error，并 不會阻塞等待數(shù)據(jù)，用戶可以循環(huán)調(diào)用recv/recvfrom，這樣的話，如果內(nèi)核一直沒有準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)， 函數(shù)就會一直返回一個error，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，才會把數(shù)據(jù)拷貝到用戶緩沖區(qū)，并返回

   所以，用戶進程其實是需要不斷的主動詢問內(nèi)核數(shù)據(jù)好了沒有。

3. 多路復(fù)用IO

 系統(tǒng)提供select函數(shù)和epoll來實現(xiàn)多路復(fù)用輸入/輸出模型,select/epoll可以用單個進程來處理多個網(wǎng)絡(luò)接口的IO，它的基本原理就是這兩個函數(shù)會不斷的輪詢它所負(fù)責(zé)的所有socket，當(dāng)有任何一個  socket收到數(shù)據(jù)就會返回通知用戶，此時用戶調(diào)用recv/recvfrom，將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶內(nèi)存用戶進程其實也是一直被阻塞的，但和阻塞IO不同，該方式是select函數(shù)進行阻塞，而阻塞IO是recv函數(shù)進行阻塞，另外，select的優(yōu)勢是可以同時處理多個連接

4. 信號驅(qū)動IO

 使用信號驅(qū)動I/O時，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)套接字可讀后，內(nèi)核通過發(fā)送SIGIO信號通知應(yīng)用進程，于是應(yīng)用可以開 始讀取數(shù)據(jù)。該方式并不是異步I/O，因為實際讀取數(shù)據(jù)到應(yīng)用進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)用戶進程發(fā)起一個read操作后，內(nèi)核收到該read操作后，首先它會立刻返回，所以不會對用戶進程 阻塞，然后它會等待數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備完成，再把數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存，完成之后，它會給用戶進程發(fā)送一個信號，告訴用戶進程read操作完成了

下面來思考這兩個問題：

1.阻塞IO與非阻塞IO的區(qū)別：

調(diào)用阻塞IO的時候進程會一直阻塞直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，并且拷貝完成才解除阻塞

而非阻塞IO不會阻塞對應(yīng)進程，盡管數(shù)據(jù)還沒準(zhǔn)備好，也會立刻返回

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操作的時候會阻塞，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會將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶中，這段時間內(nèi)，進程是被阻塞的。

而異步IO則不一樣，當(dāng)進程發(fā)起IO操作后，就直接返回，剩下的工作全部交給內(nèi)核來完成，知道內(nèi)核給用戶進程發(fā)送一個信號告訴它IO完成，整個過程中進程沒有被阻塞

非阻塞IO和異步IO：

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

《完》

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