I/O模型

目录

• I/O模型的一些基本概念
• I/O模型
  • 阻塞式I/O模型
  • 非阻塞式I/O
  • I/O复用
  • 信号驱动式I/O
  • 异步I/O
• 模型比较

I/O模型的一些基本概念

POSIX定义

• 同步I/O操作（Synchronous I/O operation）

  导致请求进程阻塞，直到I/O操作完成

• 异步I/O操作（Asynchronous I/O operation)

  不导致请求进程阻塞

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• 阻塞( Blocking )

  阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。

• 非阻塞( Nonblocking)

  非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

同步异步，阻塞非阻塞是分别2个不同的概念，它们之间不是相互对应的，但是有关联。

I/O模型

在UNIX中存在的5种I/O模型:
阻塞式I/O， 非阻塞式I/O， I/O复用[select,poll]，信号驱动式I/O， 异步I/O (POSIX的aio函数)

• 阻塞式I/O

• 非阻塞式I/O

• I/O复用[select,poll]

• 信号驱动式I/O

• 异步I/O (POSIX的aio函数)

一个简单的输入操作通常包括两个不同阶段：

1. 等待数据准备好;
2. 从内核向进程复制数据。

阻塞式I/O模型

默认情况下，所有socket都是阻塞的。

recvfrom系统调用，从进程转入kernel，直到kernel的数据准备好，再将数据从kernel拷到用户内存，kernel返回结果，进程解除阻塞。就是说从recvfrom直到返回的时间内进程是被阻塞的。

非阻塞式I/O

进程把socket设置为非阻塞，这样当有I/O请求操作的时候，不会把进程阻塞，而是返回一个错误。

recvfrom在前3次调用没有数据返回，kernel立即返回一个EWOULDBLOCK错误，第4次有数据准备好，就被copy到进程的缓冲区，然后返回结果。

在非阻塞的recvfrom调用之后，进程没有被阻塞，kernel返回错误，进程在接到返回后会去做其他的事情，然后间隔一段时间后再次发起recvfrom调用，重复直到完成。这个过程被称为轮询。但是轮询这种操作耗费大量的CPU时间，推高CPU的占用率

I/O复用

I/O复用(IO multiplexing),可以调用select或者poll,阻塞在这2个系统调用的某个上，而不是阻塞在真正的I/O系统调用上

用户进程调用select，那么进程会被阻塞，kernel监视所有select的socket，当任一个socket数据准备好后，select返回可读标识，用户进程调用read，将数据从kernel拷贝到用户进程。

I/O复用中的2个系统调用(select,read),它的好处在于通过select来处理多个connection，它对于每个socket，都是非阻塞。

信号驱动式I/O

skip

异步I/O

调用aio_read函数，给kernel传递参数，告诉kernel当整个操作完成后如何通知。该系统调用立刻返回，而且在等待I/O完成期间，进程不被阻塞。

模型比较

前4中模型区别在第一阶段，第二阶段是一样的(在data从内核复制到调用者的缓冲区期间，进程阻塞在recvfrom)。而异步I/O在这2个阶段都处理。

所以前4种都属于同步I/O，因为真正的I/O操作(recvfrom)将阻塞进程。只有异步I/O与POSIX定义的异步I/O匹配。