Linux網絡程式設計 | IO模型 ：阻塞IO、非阻塞IO、信号驅動IO、異步IO、多路複用IO

目錄

• IO模型
• • 阻塞與非阻塞
  • 同步與異步
• 阻塞IO
• 非阻塞IO
• 信号驅動IO
• 多路複用IO
• 異步IO

IO模型

根據各自的特性不同，IO模型被分為阻塞IO、非阻塞IO、信号驅動IO、異步IO、多路複用IO五類。

最主要的兩個差別就是阻塞與非阻塞，同步與異步。

阻塞與非阻塞

阻塞與非阻塞最主要的差別就是程式在等待調用結果時的狀态。

阻塞：為了完成一個功能發起調用，如果不具備完成功能的條件，則調用會一直等待

非阻塞：為了完成一個功能發起調用，如果不具備完成功能的條件，則立即報錯傳回

同步與異步

同步與異步最主要的差別就是功能完成的流程是否是順序化的，且完成的是自身還是系統。

同步：功能完成的流程是順序化的，并且功能由自身完成。

異步：功能完成的流程是不确定的，并且功能由系統完成。

阻塞IO

發起IO調用，如果不具備IO條件，則一直等待直到條件就緒。

優點：流程以及代碼實作都非常簡單，任務順序操作。

缺點：任務處理效率較低，無法充分利用資源。

非阻塞IO

發起一個IO調用，如果不具備IO條件，則立即報錯傳回，繼續執行其他指令。通過一個循環來不斷發起IO請求，直到條件就緒。

優點：與阻塞IO相比較來說，利用了等待的時間去做了其他的事情，對資源的利用更加充分。

缺點：與阻塞IO對比，IO調用需要循環發起，流程更加複雜。并且如果IO條件就緒了，也要等待上一輪循環結束後進入目前循環，才能進行處理，這就導緻了IO不夠實時。

非阻塞IO可以通過fcntl函數設定描述符狀态來實作

例如：

void SetNoBlock(int fd) 
{
	int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
	
	flag |= O_NONBLOCK;
	fcntl(fd, F_SETFL, flag);
}
           

信号驅動IO

自定義一個IO就緒的信号，當IO就緒時就發出這個信号。在沒有收到信号時，可以繼續處理其他事情，一旦收到信号，就會中斷目前操作，來優先處理IO事件。

優點：相較于非阻塞IO，因為信号到來後就直接強行中斷進行處理，更加實時。并且在沒收到信号的時候可以執行其他工作，資源利用更加充分。

缺點：因為需要自定義信号，又要有主要流程也要有信号處理流程，并且還需要考慮信号是否可靠導緻的事件丢失情況，流程會更加的複雜。

多路複用IO

用于對大量的IO事件進行監控，能夠讓使用者隻針對就緒了指定事件（可讀、可寫、異常） 的IO進行IO操作。隻針對就緒的描述符進行操作，避免了阻塞，并且提高了效率。

在Linux下，作業系統提供了三種模型：select模型、poll模型、epoll模型。這三種模型的具體使用以及細節會放到下一篇部落格中

根據不同的模型具體的優缺點也不一樣。

異步IO

IO處理的順序不确定，整個IO的過程（等待 + 資料拷貝）由作業系統來完成而并非使用者。

流程：

1. 自定義一個IO完成信号
2. 發起異步調用後傳回，此時使用者可以繼續處理其他事情
3. 系統進行IO事件的等待以及資料拷貝
4. IO完成後通過信号通知程序IO

優點：對資源的利用最為充分， 以最高的效率進行任務的處理

缺點：資源消耗較高， 流程最為複雜

上面的五種IO模型，從前往後處理的效率逐漸增加，對資源的利用也增加充分，但是流程也越來越複雜。