文章目錄

• IO模型
• 阻塞IO
• 非阻塞IO
• 信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO
• 多路復(fù)用IO
• 異步IO

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IO模型

根據(jù)各自的特性不同，IO模型被分為阻塞IO、非阻塞IO、信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO、異步IO、多路復(fù)用IO五類。

最主要的兩個(gè)區(qū)別就是阻塞與非阻塞，同步與異步。

阻塞與非阻塞

阻塞與非阻塞最主要的區(qū)別就是程序在等待調(diào)用結(jié)果時(shí)的狀態(tài)。

• 阻塞： 為了完成一個(gè)功能發(fā)起調(diào)用，如果不具備完成功能的條件，則調(diào)用會(huì)一直等待
• 非阻塞： 為了完成一個(gè)功能發(fā)起調(diào)用，如果不具備完成功能的條件，則立即報(bào)錯(cuò)返回

同步與異步

并發(fā)模型和I/O模型都有同步/異步的概念：

• 并發(fā)模式中兩者最主要的區(qū)別就是功能完成的流程是否是順序化的，

• I/O模型中兩者最主要的區(qū)別是注冊(cè)的是就緒事件還是完成事件，完成I/O操作的是用戶程序自身還是內(nèi)核系統(tǒng)。

• 同步： 功能完成的流程是順序化的。注冊(cè)就緒事件，讀寫事件由自身完成。

• 異步： 功能完成的流程是不確定的，注冊(cè)完成事件，讀寫事件由內(nèi)核完成。

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下列五種IO模型，從前往后處理的效率逐漸增加，對(duì)資源的利用也增加充分，但是流程也越來(lái)越復(fù)雜。

阻塞IO

發(fā)起IO調(diào)用，如果不具備IO條件，則一直等待直到條件就緒。以 recvfrom 為例：（recvfrom：UDP數(shù)據(jù)的讀寫函數(shù)）

• 優(yōu)點(diǎn)： 流程以及代碼實(shí)現(xiàn)都非常簡(jiǎn)單，任務(wù)順序操作。
• 缺點(diǎn)： 任務(wù)處理效率較低，無(wú)法充分利用資源。

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非阻塞IO

發(fā)起一個(gè)IO調(diào)用，如果不具備IO條件，則立即報(bào)錯(cuò)返回（無(wú)需等待），繼續(xù)執(zhí)行其他命令。通過(guò)一個(gè)循環(huán)來(lái)不斷發(fā)起IO請(qǐng)求，直到條件就緒。

• 優(yōu)點(diǎn)： 與阻塞IO相比較來(lái)說(shuō)，利用了等待的時(shí)間去做了其他的事情，對(duì)資源的利用更加充分。
• 缺點(diǎn)： 與阻塞IO對(duì)比，IO調(diào)用需要循環(huán)發(fā)起，流程更加復(fù)雜。 并且如果IO條件就緒了，也要等待同一個(gè)調(diào)用上一輪循環(huán)結(jié)束后進(jìn)入當(dāng)前循環(huán)，才能進(jìn)行處理，這就導(dǎo)致了 IO 不夠?qū)崟r(shí)。

非阻塞IO可以通過(guò) fcntl函數(shù) 設(shè)置描述符狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

void SetNoBlock(int fd) {int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);flag |= O_NONBLOCK;fcntl(fd, F_SETFL, flag); }

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信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO

自定義一個(gè)IO就緒的信號(hào)，當(dāng)IO就緒時(shí)就發(fā)出這個(gè)信號(hào)。在沒(méi)有收到信號(hào)時(shí)，可以繼續(xù)處理其他事情，一旦收到信號(hào)，就會(huì)中斷當(dāng)前操作，來(lái)優(yōu)先處理IO事件。程序沒(méi)有阻塞階段。

• 優(yōu)點(diǎn)： 相較于非阻塞IO，仍具有資源利用更加充分的優(yōu)勢(shì)；并且信號(hào)到來(lái)后就直接強(qiáng)行中斷進(jìn)行處理，更加實(shí)時(shí)。
• 缺點(diǎn)： 因?yàn)樾枰远x信號(hào)，又要有主控流程也要有信號(hào)處理流程，并且還需要考慮信號(hào)是否可靠導(dǎo)致的事件丟失情況，流程會(huì)更加的復(fù)雜。

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多路復(fù)用IO

用于對(duì)大量的IO事件進(jìn)行監(jiān)控，能夠讓用戶只針對(duì)就緒了指定事件（可讀、可寫、異常） 的IO進(jìn)行操作。只針對(duì)就緒的描述符進(jìn)行操作，避免了阻塞，并且提高了效率。

值得一提的是，I/O復(fù)用函數(shù)對(duì)I/O本身的讀寫操作是阻塞的，他們能提高程序效率的原因在于具有同時(shí)監(jiān)聽(tīng)多個(gè)I/O事件的能力。

在 Linux 下，操作系統(tǒng)提供了三種模型：select模型、poll模型、epoll模型。

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異步IO

IO處理的順序不確定，整個(gè)IO的過(guò)程（等待 + 數(shù)據(jù)拷貝）由操作系統(tǒng)來(lái)完成而并非用戶。程序沒(méi)有阻塞階段。

流程：

自定義一個(gè)IO完成信號(hào)

發(fā)起異步調(diào)用后返回，此時(shí)用戶可以繼續(xù)處理其他事情

系統(tǒng)進(jìn)行IO事件的等待以及數(shù)據(jù)拷貝

IO完成后通過(guò)信號(hào)通知進(jìn)程IO

• 優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)資源的利用最為充分， 以最高的效率進(jìn)行任務(wù)的處理。
• 缺點(diǎn)： 資源消耗較高， 流程最為復(fù)雜。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的IO模型 ：阻塞IO、非阻塞IO、信号驱动IO、异步IO、多路复用IO的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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