Linux的五種IO模型及同步和非同步的區別

2022-05-09 09:45:12 字數 1765 閱讀 4825

快取 i/o 又被稱作標準 i/o,大多數檔案系統的預設 i/o 操作都是快取 i/o。在 linux 的快取 i/o 機制中,作業系統會將 i/o 的資料快取在檔案系統的頁快取( page cache )中,也就是說,資料會先被拷貝到作業系統核心的緩衝區中,然後才會從作業系統核心的緩衝區拷貝到應用程式的位址空間。

等待資料準備(等待資料進入核心快取)

將資料從核心快取拷貝到程序記憶體中

正在執行的程序,由於期待的某些事件未發生,如請求系統資源失敗、等待某種操作的完成、新資料尚未到達或無新工作做等,則由系統自動執行阻塞原語(block),使自己由執行狀態變為阻塞狀態。可見,程序的阻塞是程序自身的一種主動行為,也因此只有處於執行態的程序(獲得cpu),才可能將其轉為阻塞狀態。當程序進入阻塞狀態,是不占用cpu資源的。

比較簡單就不介紹了,有看過我之前的深入理解nio系列就會懂

簡單說就是使用者程序需要不斷的主動詢問kernel資料好了沒有。

我們的select、poll和epoll都屬於io多路復用的模型

這裡提一下,它們都屬於同步非阻塞io,為什麼同步我們後面會解釋。

首先我們允許socket進行訊號驅動io,並安裝乙個訊號處理函式,程序繼續執行並不阻塞。當資料準備好時,程序會收到乙個sigio訊號,可以在訊號處理函式中呼叫i/o操作函式處理資料。

使用者程序發起read操作之後,立刻就可以開始去做其它的事。而另一方面,從kernel的角度,當它受到乙個asynchronous read之後,首先它會立刻返回,所以不會對使用者程序產生任何block。然後,kernel會等待資料準備完成,然後將資料拷貝到使用者記憶體,當這一切都完成之後,kernel會給使用者程序傳送乙個signal,告訴它read操作完成了。

這就是我們本節的重點,我們心心念念的aio了。雖然在第三節才講有點晚,但是鋪墊了這麼多,我想要說的,就是aio它到底非同步在**?或者說什麼是非同步?

在說明synchronous io和asynchronous io的區別之前,需要先給出兩者的定義。posix的定義是這樣子的:

兩者的區別就在於synchronous io做」io operation」的時候會將process阻塞。按照這個定義,之前所述的blocking io,non-blocking io,io multiplexing都屬於同步io。

有人會說,non-blocking io並沒有被block啊。這裡有個非常「狡猾」的地方,定義中所指的」io operation」是指真實的io操作,就是例子中的recvfrom這個system call。non-blocking io在執行recvfrom這個system call的時候,如果kernel的資料沒有準備好,這時候不會block程序。但是,當kernel中資料準備好的時候,recvfrom會將資料從kernel拷貝到使用者記憶體中,這個時候程序是被block了

而asynchronous io則不一樣,當程序發起io 操作之後,就直接返回再也不理睬了,直到kernel傳送乙個訊號,告訴程序說io完成。在這整個過程中,程序完全沒有被block。

通過上面的,可以發現non-blocking io和asynchronous io的區別還是很明顯的。在non-blocking io中,雖然程序大部分時間都不會被block,但是它仍然要求程序去主動的check,並且當資料準備完成以後,也需要程序主動的再次呼叫recvfrom來將資料拷貝到使用者記憶體。而asynchronous io則完全不同。它就像是使用者程序將整個io操作交給了他人(kernel)完成,然後他人做完後發訊號通知。在此期間,使用者程序不需要去檢查io操作的狀態,也不需要主動的去拷貝資料。

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