I/O模型概述

1. 什么是I/O

• I/O就是计算机内存与外部设备之间拷贝数据的过程
• 比如从内存、从网络中、从硬盘

2. 什么是I/O模型

• 当你的程序通过CPU发起读请求，外部数据从外部设备拷贝到内存需要一定的时间，此时你的程序是继续等待还是直接返回后一直询问数据是否准备好
• I/O模型就是解决上述问题

2.1 以网络读取为例理解5种I/O模型

• 情景：当用户线程发起I/O操作时，网络数据读取操作会经历两个步骤
  • 用户线程等待内核将数据从网卡拷贝到内核空间
  • 内核将数据从内核空间拷贝到用户空间

2.1.1 同步阻塞I/0

• 用户线程发起read调用后阻塞，让出CPU
• 内核等待网卡数据到来，把数据从网卡拷贝到内核空间，再从内核空间拷贝到用户空间，接着把用户线程唤醒

2.1.2 同步非阻塞I/O

• 用户不断的发起read调用，数据没到内核空间时，每次都返回失败。
• 直到数据到了内核空间，这一次read调用后，在等待数据从内核空间拷贝到用户空间这段时间里，线程还是阻塞的。等数据到了用户空间后，再把线程唤醒

2.1.3 I/O多路复用

• 用户线程的读取操作分为两步；线程先发起select调用，目的询问内核数据准备好了吗？等内核把数据准备好了，用户线程再发起read调用
• 在等待数据从内核空间拷贝到用户空间这段时间，线程还是阻塞的（这么看来后面和同步非阻塞很类似）
• 不同点在于一次select调用可以向内核查多个数据通道的状况，也就是说一个线程可以处理多个I/O

2.1.4 信号驱动I/O

2.1.5 异步I/O

• 用户线程发起read调用的同时注册一个函数，read立即返回
• 等内核将数据准备好后，再调用指定的回调函数完成处理
• 这个过程中，用户线程一直没有阻塞

3. 同步与异步；阻塞与非阻塞

3.1 阻塞与非阻塞

• 发起读取请求时，当数据还没准备好时，是继续等待还是立即返回

3.2 同步和异步

• 如果请求方从发起请求到数据最后完成这一段都需要自己参与，就是同步；反之如果应用发送完指令就不再参与过程，只等待最终完成结果的通知就是异步