IO的本质

在之前的内容中已经结束了对于网络和操作系统的学习，那么回过来再继续看IO，什么是IO呢？

对于网络的学习当中，实际上也是一种IO，数据从计算机进入到网卡，或者是从网卡中再加载回计算机，这本质上都是一种硬件级别的IO过程，当把套接字建立完毕之后，如果不进行任何输入，那么此时IO没有数据，那么就会在这里阻塞，这就是一个典型的IO中数据没有就绪的情况

以读写为例，当调用read函数的时候，如果底层的缓冲区没有数据，那么默认情况下就会在这里阻塞等待，如果想发送数据，但是缓冲区已经满了，那么此时也不能把数据进行写入，所以对于读和写的本质，其实就是从网络当中读数据，把数据写入到操作系统当中，至于怎么写，写多少，这些都是下层会帮助完成的事，但是不管怎么说，如果缓冲区为0或者以及满了，对于IO的操作都是不被允许的

IO的本质可以如何理解？IO的本质就是等待加拷贝，在绝大多数的情况下，等待的时间是要占据绝大多数的时间的，也就是说在我们IO的过程中，绝大多数的时间都是在IO，只有少部分的时间是在等待，而在普遍的认知当中，我们往往会忽略这个等待的过程，而是直接去看它拷贝的过程

所以，我们该如何看待提升IO效率这件事？提升效率本质上就是要不然提升拷贝的效率，要不然提升等待的效率，换句话说就是提升单位时间内拷贝的效率，在单位时间内可以拷贝足够多的数据，这本身就是一种提升IO的表现，所以在未来的这些IO模型当中，其实本质上都是在解决等待的这件事，想办法让等待的时间变短，就是提升IO的一种具体体现

五种IO模型

下面要进入的话题是五种IO模型，这里我简单进行一些讲解，我们以钓鱼为例，对于钓鱼这件事来说，什么叫钓鱼？说最简单的来理解就是一直在等待钓鱼，然后等到了把鱼钓起来，这就是对于钓鱼的一个最简单的整体认知，那这有什么用呢？该如何理解呢？我用下面的这五个故事来进行理解

现在有一个人叫做张三，他在钓鱼的时候采用的方式是一直在这等着，双手握着鱼竿死死的看着水面，如果有鱼咬了，就把杆子拽起来，这就完成了一次钓鱼的过程，那么张三在进行钓鱼的过程中，在看着鱼漂的这件事，本质上来说就是在等待的过程，而在张三进行钓鱼的过程中，没有任何人可以打扰他，只有当底层有鱼就绪了才会结束这个事，张三的这种行为就是阻塞式钓鱼，在绝大多数的IO接口当中，都是阻塞式IO的

过了一会，有一个人叫做李四，李四感觉没什么意思也来钓鱼，但是他和张三不一样，李四钓鱼的时候并不会一直在这里等着，而是一会看看手机，一会看看书，一会吃点零食，一会看看水面，当他发现水面上有鱼来了的时候，就把鱼钓起来了，那么李四的这个行为和张三并不一样，他选择的做法是一会钓钓鱼，一会干点别的事，而不是一直在看着水面，那么李四的这种做法也比较好理解，他就是所谓的非阻塞式IO

又过了一会，有一个人叫做王五，他也来钓鱼了，但是不同的是，他要做的是把鱼竿扔到水里面，然后就走了，在旁边躺着看手机，而在鱼竿上有一个铃铛，当有鱼咬钩的时候，铃铛就开始响，之后王五就发现有鱼咬钩了，直接把鱼竿拽起来，完成了一次钓鱼，所以对于王五来说，他没有主动的去检测鱼有没有上钩，而是去选择等着鱼上钩了提醒自己，这种IO的模式被叫做是信号驱动式IO

又过了一会，有一个人叫做赵六，赵六是个小富豪，他的钓鱼装备很多，他一下拿了100个钓鱼竿，同时去钓鱼，赵六要做事就是不断的在这个过程中去遍历这100个钓鱼竿，如果有上钩的就拿起来，没有上钩的就不管他，那么赵六的这件事本身就被叫做是多路复用，也叫做多路转接

那上述的这四个人的钓鱼方法，谁是最高效的呢？无疑是赵六，他的多路转接的效率非常高，在短时间内可以把等待的时间压缩到最短，从而起到提升IO的作用

又过了一会，有一个人叫田七，田七就和他们不一样了，他是一个超级大富豪，他从车上下来之后拿出装备，准备进行钓鱼，此时他突然接到了电话，有人告诉他说他现在要去开会，于是田七就不能继续钓鱼了，但是田七又觉得今天很想吃鱼，于是就和司机说，让司机来帮他钓鱼，司机就开始帮他钓鱼，而田七本人去开会去了，到了下班的时候田七就收到了司机钓的一桶鱼

异步和同步

那对于田七来说，他的这个做法属于什么呢？我们把这样的行为叫做是异步，而前面的这四种人的方式都叫做同步，对于同步来讲，一个很重要的事就是他们需要进行等待，前面的四个人，不管是用什么方式进行等待，但是最终都需要进行等待，而我们要学习的重点内容是对于多路转接来进行理解

阻塞IO

如上所示的是五种基本的IO模型，当有一个系统调用被调用的时候，如果数据没有就绪，那么就会一直卡在这里，等待内核当中的数据包就绪，直到就绪之后才会进行返回，然后处理数据包，这个就是阻塞IO

非阻塞IO

那什么是非阻塞IO？如上所示就是一个非阻塞IO的示意图，非阻塞IO和阻塞IO一个比较大的区别就是，非阻塞IO会进行轮询的操作，而不是一直在内核当中进行等待，当数据报准备好的时候就会返回，如果没有准备好也会返回，只不过回返回的是一个EWOULDBLOCK的错误码

那在非阻塞IO当中，是可以对于标记位进行设置的，我们回顾一下参数的接口：

read的参数和recvfrom基本相同，但是却少了一个标记位的参数，那在之前的内容中对于标记位通常设置的都是0，表示的是阻塞等待，如果想要设置的是非阻塞等待，就可以对于这个标记位进行一些设置

对于文件描述符来说，它是一个数组的下标，而这个数组当中的每一个文件本质上都是一个内核当中的文件对象，文件对象中是有对于文件的flag标记位的，所以可以用一个叫做fcntl函数来对于一个文件的底层flag标记位进行设置，这个设置的原理就是告诉内核，对于这个特定的文件描述符，我要把它设置为非阻塞

对于这个函数的使用细节，在后面的篇章中会有详细的讲解，这里先不进行使用

信号驱动IO

下面我们来谈的是信号驱动的IO，