5.1阻塞和非阻塞、同步和异步(网络IO)
典型的一次IO的两个阶段是什么?数据就绪和数据读写
数据就绪:根据IO操作的就绪状态
- 阻塞
- 非阻塞
数据读写:根据应用程序和内核的交互方式
- 同步
- 异步
陈硕:在处理IO的时候,阻塞和非阻塞都是同步IO,只有使用了特殊的API才是异步IO。
一个典型的网络接口调用,分为两个阶段,分别是“数据就绪”和“数据读写”,数据就绪阶段分成阻塞和非阻塞,表现得结果就是,阻塞当前线程或是直接返回。
同步表示A向B请求调用一个网络IO接口时(或者调用某个业务逻辑API接口时),数据的读写都是由请求方A自己来完成的(不管是阻塞还是非阻塞);异步表示A向B请求调用一个网络IO接口时(或者调用某个业务逻辑API接口时),向B传入请求的事件以及事件发生时通知的方式,A就可以处理其他逻辑了,当B监听到事件处理完成后,会用事先约定好的通知方式,通知A处理结果。
- 同步阻塞
- 同步非阻塞
- 异步阻塞
- 异步非阻塞
5.2Unix、Linux上的五种IO模型
阻塞、非阻塞是与文件描述符fd有关的。
阻塞blocking
调用者调用了某个函数,等待这个函数返回,期间什么也不做,不停的去检查这个函数有没有返回,必须等这个函数返回才能进行下一步动作。
非阻塞non-blocking(NIO)
非阻塞等待,每隔一段时间就去检测IO事件是否就绪,没有就绪就可以做其他事。非阻塞IO执行系统调用总是立即返回,不管事件是否已经发生,若事件没有发生,则返回-1,此时可以根据errno区分着两种情况,对于accept,recv和send,事件未发生时,errno通常被设置成EAGAIN。
IO复用(IO multicomplexing)(同步)
Linux用select/poll/epoll函数实现IO复用模型,这些函数也会使进程阻塞,但是和阻塞IO所不同的是这些函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测。直到有数据可读或可写时,才真正调用IO操作函数。
信号驱动(signal-driven)
Linux用套接口进行信号驱动IO,安装一个信号处理函数,进程继续运行并不阻塞,当IO事件就绪,进程收到SIGIO信号,然后处理IO事件。
内核在第一个阶段是异步,在第二个阶段是同步;与非阻塞IO的区别在于它提供了消息通知机制,不需要用户进程不断地轮询检查,减少了系统API的调用次数,提高了效率。
异步(asynchronous)
Linux中,可以调用aio_read函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方式,然后立即返回,当内核将数据拷贝到缓冲区后,再通知应用程序。
//异步 IO控制块
struct aiocb{
int aio_filders;
int aio_lio_opcode;
int aio_reqprio;
volatile void *aio_buf;
size_t aio_nbytes;
struct sigevent aio_sigevent;
struct aiocb *_next_prio;
int __abs_prio;
int __policy;
int __error_code;
__ssize_t __return_value;
#ifndef __USE_FILE_OFFSET64
__off_t aio_offset; /* File offset. */
char __pad[sizeof (__off64_t) - sizeof (__off_t)];
#else
__off64_t aio_offset; /* File offset. */
#endif
char __glibc_reserved[32];
};