第一手教育
2016-10-14 11:25
i/o模型不論在實際使用還是準備筆試面試中都是重要的內容，參考unix網路程式設計進行總結如下。（尤其注意紅色標註處）
1. 明確i/o考察的物件和流程
參考unix網路程式設計，乙個輸入操作通常包括兩個不同的階段：
（1） 等待資料準備好；
（2） 從核心向程序複製資料。
對於乙個套接字的輸入操作，第一步通常涉及等待資料從網路到達，當所等待分組到達時，被複製到核心的某個緩衝區；
第二步就是把資料從核心緩衝區複製到應用程序緩衝區。
理解上述兩個不同階段對於後續理解i/o模型尤其是非阻塞i/o與同步i/o關係十分必要。
2. i/o模型
2.1 阻塞式i/o模型
阻塞式i/o是最流行的i/o，也是所有套接字預設的i/o。
如圖所示，程序呼叫recvfrom系統呼叫，直到資料報到達且被複製到應用程序緩衝區中或發生錯誤才返回。
也就是說，程序從呼叫recvfrom開始到返回的整個時段都是阻塞的（上述兩個階段都是阻塞），recvfrom成功返回後，應用程序才開始處理資料報。
2.2 非阻塞i/o模型
根據書中的定義，當所請求的i/o操作非得把本程序投入睡眠才能完成時，不投入睡眠，而是返回乙個錯誤。
還是考察圖示比較清晰。
如圖所示，不同於阻塞式i/o，非阻塞i/o在第一階段資料沒有準備好的時候，不阻塞，而是直接返回乙個錯誤（ewouldblock）。
所以一般採用輪詢（polling）的方式，應用程序持續輪詢核心，檢視資料是否準備好。當資料準備好時，被複製到應用程序緩衝區（第二階段）。
注*：值得注意的一點是，當第一階段資料準備完成後，進入第二階段，核心向記憶體的複製。這一階段仍然是阻塞的，這對於後續理解非阻塞與同步的關係十分重要。
2.3 i/o復用模型
i/o復用最常見的就是select和epoll，其阻塞發生在上述兩個系統呼叫之一，而不是真正的i/o系統呼叫上。
如下圖所示：
當使用者程序呼叫了select，那麼整個程序會被阻塞與select。核心會「監視」所有select負責的套接字，當任何乙個套接字中的資料準備好了，select就會返回。
這時候進入第二階段，完成核心向記憶體的資料複製。
i/o復用的優勢在於同時等待多個描述符就緒，單就乙個描述符可言，其沒有優勢，反而還會因為多一次select系統呼叫存在劣勢。
2.4 非同步i/o模型
非同步i/o的工作機制是告知核心啟動某個操作，並讓核心在整個操作（包括第二階段資料從核心向記憶體的複製）完成後告知我們。
如下圖所示：
非同步i/o要通過呼叫特殊api實現（如posix的aio_read），可以看出，其在兩個階段都是沒有對於使用者程序的阻塞的，依靠訊號通知程序整個過程完成。
2.5 同步、非同步與阻塞、非阻塞、i/o復用的關係
首先先來再明確一下同步、非同步i/o之間的區別。
書中所述，posix把兩種術語定義如下：
同步i/o：導致請求程序阻塞，直到i/o操作完成；
非同步i/o: 不導致請求程序阻塞。
所以說，阻塞式i/o， 非阻塞i/o， i/o復用由於都導致了請求程序阻塞，所以均屬於同步i/o。
（值得注意的是非阻塞i/o，正如之前提示要注意的，其在第二階段核心向記憶體複製資料是會導致使用者程序的阻塞，所以也屬於同步i/o）
想使用非同步i/o，必須使用特殊的api（如linux下aio,windows下iocp等）。
所以他們的關係如下圖所示：
3. 總結
如下圖所示：（暫時忽略訊號驅動i/o）
圖中清晰地總結了每種i/o的特點和呼叫流程。
可以看出阻塞式、非阻塞式、與i/o復用，其不同之處在於第一階段，第二階段的處理方式相同（均阻塞與recvfrom呼叫），這也是剛才說到的將他們歸於同步i/o的原因。
而非同步i/o不存在請求程序阻塞的情況。同時注意前三種i/o模型在第一階段的處理方式（阻塞，返回+輪詢，阻塞於select等），區分這三種i/o模型。
同步IO 非同步IO 阻塞IO 非阻塞IO
同步io 非同步io 阻塞io 非阻塞io，這幾個詞常見於各種各樣的與網路相關的文章之中，往往不同上下文中它們的意思是不一樣的，以致於我在很長一段時間對此感到困惑，所以想寫一篇文章整理一下。posix 可移植作業系統介面 把同步io操作定義為導致程序阻塞直到io完成的操作，反之則是非同步io按pos...
阻塞IO, 非阻塞IO, 同步IO,非同步IO介紹
一 前言 1 我們之前講了io操作什麼時候切換回來呢？我們剛剛講了 函式，這個 函式是當你的程式一遇到io操作，再一切換，這個切換的時候，切換之前你等著io操作完了再回來。2 io 為什麼不阻塞吶？因為io操作是用作業系統完成的，咋們使用者讀乙個檔案，你以為自己的程式開啟乙個檔案，然後去把檔案的內容...
網路IO模型（同步非同步，阻塞非阻塞）
摘錄自 網路應用需要處理的無非兩大類問題 網路i o,資料計算 網路io的模型大致有如下幾種 同步模型 阻塞非阻塞 多路復用 訊號驅動式 非同步io 網路io的本質是socket的讀取，socket在linux系統被抽象為流，io可以理解為對流的操作。這個操作分為2個階段 1 等待流資料準備 2 從...