【计算机网络 - 基础问题】每日 3 题（五十九）

news2024/11/6 7:52:26

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181. 典型的一次 IO 的两个阶段是什么？

**数据就绪：**根据系统 IO 操作的就绪状态

阻塞：是指调用结果返回前，当前线程会被挂起，即阻塞。
非阻塞：是指即使调用结果没返回，也不会阻塞当前线程。

**数据读写：**根据应用程序和内核的交互方式

同步：当一个同步调用发出后，调用者要一直等待返回结果。通知后，才能进行后续的执行。
异步：当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到返回结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。

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。

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182. 阻塞/非阻塞、同步/异步 (网络 IO)

一个典型的网络 IO 接口调用，分为两个阶段，分别是 “数据就绪” 和 “数据读写”，数据就绪阶段分为阻塞和非阻塞，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 就可以处理其它逻辑了，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

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183. Unix/Linux 上的五种 IO 模型

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。

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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 I/O 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 区分这两种情况，对于 accept，recv 和 send，事件未发生时，errno 通常被设置成 EAGAIN。

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IO 复用（IO multiplexing）

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。

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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。

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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的轮询检查，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。

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/* Asynchronous I/O control block. */
struct aiocb
{
        int aio_fildes; /* File desriptor. */ 
    int aio_lio_opcode; /* Operation to be performed. */ 
    int aio_reqprio; /* Request priority offset. */ 
    volatile void *aio_buf; /* Location of buffer. */  
    size_t aio_nbytes; /* Length of transfer. */ 
    struct sigevent aio_sigevent; /* Signal number and value. */
    
    /* Internal members. */ 
    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];
};