5.1阻塞和非阻塞、同步和异步 5.2Unix、Linux上的五种IO模型

news2024/12/28 3:04:11

5.1阻塞和非阻塞、同步和异步

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

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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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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。

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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。

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IO复用(IO multicomplexing)

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。
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//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];
};

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