一、I/O簡介
Unix下共有五種I/O模型:阻塞I/O、非阻塞I/O 、I/O複用(select和(e)poll)、信號驅動、I/O(SIGIO)、異步I/O(Posix.1的aio_系列函數)。
IO請求分兩步:
1.先將數據從存儲介質(磁盤,網絡等)拷貝到內核緩衝區,此時稱爲數據準備好,可以被用戶應用程序讀取。
2.由用戶應用程序拷貝內核緩衝區中的數據到用戶緩衝區。
二、五種I/O模型
1.阻塞I/O模型
(1)應用程序調用一個IO函數,導致應用程序阻塞,等待數據準備好。
(2)如果數據沒有準備好,一直等待。
(3)數據準備好了,從內核拷貝到用戶空間。
(4)IO函數返回成功指示。
2.非阻塞I/O模型
我們把一個套接口設置爲非阻塞就是告訴內核,當所請求的I/O操作無法完成時,不要將進程眠,而是返回一個錯誤。這樣我們的I/O操作函數將不斷的測試 數據是否已經準備好,如果沒有準備好,繼續測試,直到數據準備好爲止。在這個不斷測試的過程中,會大量的佔用CPU的時間。
3.I/O複用模型
I/O複用模型會用到select或者poll函數,這兩個函數也會使進程阻塞,但是和阻塞I/O 所不同的,這兩個函數可以同時阻塞多個I/O操作。而且可以同時對多個讀操作,多個寫操作的I/O函數進行檢測,直到有數據可讀或可寫時,才真正調用I/O操作函數。
4.信號驅動I/O模型
首先我們允許套接口進行信號驅動I/O,並安裝一個信號處理函數,進程繼續運行並不阻塞。當數據準備好時,進程會收到一個SIGIO信號,可以在信號處理函數中調用I/O操作函數處理數據。
5.異步I/O模型
調用aio_read函數,告訴內核描述字,緩衝區指針,緩衝區大小,文件偏移以及通知的方式,然後立即返回。當內核將數據拷貝到緩衝區後,再通知應用程序。
三、五種I/O模型比較
前四種模型的區別是第一階段基本相同,第二階段基本相同,都是將數據從內核拷貝到調用者的緩衝區。而異步I/O的兩個階段都不同於前四個模型。
四、同步/異步 阻塞/非阻塞區別
(1)同步/異步
同步和異步關注的是消息通信機制。
所謂同步,就是在發出一個調用時,在沒有得到結果之前,該調用就不返回。但是 一旦調用返回,就得到返回值了。換句話說,就是由調用*主動等待這個調用的結果。
而異步則是相反,調用在發出之後,這個調用就直接返回了,所以沒有返回結果。 換句話說,當一個異步過程調用發出後,調用者不會立刻得到結果。而是在調用發出 後,被調用者通過狀態、通知來通知調用者,或通過回調函數處理這個調用。
同步,數據從存儲介質拷貝到內核緩衝區(數據準備的過程)完成之後,需要用 戶自己將數據拷貝到用戶緩衝區。異步,步驟1,2 用戶都不關心,只要發起IO 請求, 後面得到IO結果即可。所以,前4種IO模型都是同步的。
(2)阻塞/非阻塞
阻塞和非阻塞關注的是程序在等待調用結果(消息,返回值)時的狀態。
阻塞調用是指調用結果返回之前,當前線程會被掛起。調用線程只有在得到結果之 後纔會返回。
非阻塞調用指在不能立刻得到結果之前,該調用不會阻塞當前線程。