5種常見IO模式詳解

2021-08-28 18:45:54 字數 1709 閱讀 4801

本文討論的背景是linux環境下的

網路io。

對於一次io訪問,資料會先被拷貝到作業系統核心的緩衝區中,然後

再從作業系統核心的緩衝區拷貝到應用程式的位址空間。

所以,當

發生乙個

io操作

時,它會經歷兩個階段:

1. 等待資料準備

2. 將資料從核心拷貝到程序中 對於

兩個階段,linux系統產生了下面五種網路模式的

io儲存

方案。

注:訊號驅動

io在實際中並不常用,所以我

們討論剩下的四種i

o模式,有興趣可以自行了解訊號驅動​io。

在linux中,預設情況下所有的socket都是

阻塞io。

這個模式的特點在於,當使用者程序呼叫了io操作的時候,作業系統就開始準備資料,

當作業系統核心

一直等到資料準備好了,它就會將資料從

作業系統核心

中拷貝到使用者記憶體,然後返回結果,使用者程序才解除

鎖住的狀態,重新執行起來。

整個過程需要等待(不能立刻完成),

而使用者程序這邊,就相當於是卡著一直在等他完成返回結果。

所以,阻塞io的特點就是在io執行的兩個階段都被鎖住了

linux下,可以通過設定socket使其變為

非阻塞io。

非阻塞io的特點是,當使用者程序發出io操作時,在

第乙個階段

如果核心資料還沒準備好,並不會鎖住使用者程序,而是立刻返回乙個error。然後使用者程序收到error,就知道沒準備好,就會再去問核心有沒有準備好,直到核心準備好,並且收到了使用者程序的詢問,就會立刻拷貝資料,然後進行第二階段(第二階段依然會卡住,非阻塞io只是在第一階段非阻塞)

就像打**一樣,對方佔線,你就一直打,直到對方接通為止,但效率

不高。所以,nonblocking io的特點是使用者程序需要不斷的主動詢問kernel資料好了沒有。

io多路復用

就是我們

用的select,poll,epoll

。當使用者程序呼叫了select,那麼整個程序會被block

,而同時,kernel會「監視」所有select負責的socket,當任何乙個socket中的資料準備好了,select就會返回。這個時候使用者程序再呼叫read操作,將資料從kernel拷貝到使用者程序。

簡單的說,就是和阻塞io處理方式一樣,但不同的是,select可以一下把很多很多檔案描述符都傳過來,然後作業系統核心同時監視他們,只要其中乙個就緒,就及時處理那個,而不需要乙個個等待處理。

他的效能可能比阻塞io還要差,但他的優點在於能同時處理多個連線。所以,如果處理的連線數不是很高的話,使用io多路復用不一定比使用多執行緒+阻塞io的效能更好,可能延遲還更大。

linux下的非同步io其實用得很少。

非同步io的特點很簡單:當處理乙個io操作的時候,使用者程序把資料傳過來,

作業系統會立刻返回「收到」,使用者程序

就不用管了,可以幹別的事情了。等作業系統核心處理完2個階段,就自動告訴使用者程序我處理完了。

阻塞io:使用者一直等作業系統核心完成2個階段io操作,再繼續

非阻塞io:第一階段使用者一直問作業系統有沒有準備好,第二階段等作業系統完成。

io多路復用:使用者程序可以同時發多個網路連線io,作業系統實施監控,雖然使用者程序2個階段都卡住了,但可以處理多個連線。

非同步io:使用者程序完全把東西交給作業系統完成,自己不管了。

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