Linux下常见的IO模型

前言

  • 阻塞IO(blocking IO)
  • 非阻塞IO(nonblocking IO)
  • IO复用(IO multiplexing)
  • 异步IO(asynchronous IO (the POSIX aio_functions))

前三种都是同步,只有最后一种才是异步IO。

一、阻塞IO

简介:进程会一直阻塞,直到数据拷贝完成。
应用程序调用一个IO函数,导致应用程序阻塞,等待数据准备好。如果数据没有准备好,一直等待。数据准备好了,从内核拷贝到用户空间。
执行完毕后,IO函数会向应用程序返回成功响应,应用程序得到响应后,就不再阻塞,并进行后面的工作。
网络中IO阻塞如下图所示:

示例:
餐厅吃饭,点完餐后,只能坐在餐厅里面等做好饭,吃完才能去逛商场,中间等待做饭的时间浪费掉了。这就是阻塞。

二、非阻塞IO

简介:非阻塞IO通过进程反复调用IO函数(多次系统调用,并马上返回);在数据拷贝的过程中,进程是阻塞的。
应用程序调用一个IO函数,这个IO操作会从内核中立即返回(当IO操作无法完成时,返回一个错误)。但是这个IO函数具体要执行的事情(写数据)可能并没有完成。
而对于应用程序,虽然这个IO操作很快就返回了,但是它并不知道这个IO操作是否真的成功了。为了知道IO操作是否成功,一般有两种策略:
一是需要应用程序主动地循环地去问,直到数据准备好为止,在这个不断问的过程中,会大量的占用CPU的时间;
二是采用IO通知机制,比如:IO多路复用或信号驱动IO。
网络IO非阻塞如下图所示:

示例:
又想去逛商场,又担心饭好了。所以逛一会,回来询问服务员饭好了没有,来来回回好多次。这就是非阻塞。

三、IO多路复用

简介:比阻塞IO并没有什么优越性,关键是能实现同时对多个IO端口进行监听。
IO复用模型会用到select、poll、epoll函数,这几个函数也会使进程阻塞,但是和阻塞IO所不同的,这两个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,多个写操作的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。
网络IO多路复用如下图所示:

示例:
商场安装了电子屏幕用来显示点餐的状态,这样饭是否好了,都直接看电子屏幕就可以了。这就是IO多路复用。

四、异步IO

简介:告知内核启动某个操作,并让内核在整个操作完成后通知我们;数据拷贝的时候进程无需阻塞。
当一个异步过程调用发出后,调用者不能立刻得到结果,实际处理这个调用的函数在完成后,通过状态、通知和回调来通知调用者的输入输出操作。
linux提供了AIO库函数实现异步,但是用的很少。目前有很多开源的异步IO库,例如libevent、libev、libuv。
网络异步IO如下图所示:

示例:
叫外卖,只需要打个电话说一下,然后可以做自己的事情,饭好了就送来了。这就是异步。

小结:
同步IO引起进程阻塞,直至IO操作完成。
异步IO不会引起进程阻塞。
IO复用是先通过select调用阻塞。
阻塞IO、非阻塞IO、多路复用IO都属于同步IO,异步必定是非阻塞的,所以不存在异步阻塞和异步非阻塞的说法。因为其中真正的IO操作(函数)都将会阻塞进程,只有异步IO模型真正实现了IO操作的异步性。
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参考资料:
http://www.cnblogs.com/Anker/p/3254269.html
http://www.cnblogs.com/Anker/p/5965654.html

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posted @ 2017-01-04 17:33  成九  阅读(2531)  评论(0编辑  收藏  举报