【原创】笔记 | 5种网络IO模型

2021-04-10 156点热度 0人点赞 0条评论

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阻塞I/O blocking i/o

①等待数据：需要等待数据拷贝进内核

②需要等内核将数据复制到用户空间。

◇优点：①能够及时返回数据，无延迟。②内核开发者省事。

◇缺点：对用户来说处于等待就要付出性能的代价了

非阻塞I/O nonblocking i/o

用户进程需要不断的主动询问kernel数据好了没有。

用户进程发出read操作，由于内核还没有准备好数据，所以马上返回一个error标识，用户进程知道内核还没准备好，所以并没有block，而且还会轮询的调用read询问数据是否准备好，内核准备好后就返回给用户进程。

同步非阻塞方式相比同步阻塞方式：

◇优点：能够在等待任务完成的时间里干其他活了（包括提交其他任务，也就是 “后台” 可以有多个任务在同时执行）。

◇缺点：任务完成的响应延迟增大了，因为每过一段时间才去轮询一次read操作，而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成。这会导致整体数据吞吐量的降低。

I/O多路复用 i/o multicomplexing

基本原理就是select，poll，epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。

当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。

同步是需要主动等待消息通知，而异步则是被动接收消息通知，通过回调、通知、状态等方式来被动获取消息。IO多路复用在阻塞到select阶段时，用户进程是主动等待并调用select函数获取数据就绪状态消息，并且其进程状态为阻塞。所以，把IO多路复用归为同步阻塞模式。

信号驱动式IO（signal-driven IO）

、

异步 IO（asynchronous IO）

用户进程进行aio_read系统调用之后，无论内核数据是否准备好，都会直接返回给用户进程，然后用户态进程可以去做别的事情。等到socket数据准备好了，内核直接复制数据给进程，然后从内核向进程发送通知。IO两个阶段，进程都是非阻塞的。

异步 IO 的读写操作不会被缓存或缓冲，这就无法利用操作系统的缓存与缓冲机制。

5种IO模型区别

◇blocking和non-blocking区别

调用blocking IO会一直block住对应的进程直到操作完成，而non-blocking IO在kernel还准备数据的情况下会立刻返回。

◇synchronous IO和asynchronous IO区别

两者的区别就在于synchronous IO做”IO operation”的时候会将process阻塞。之前所述的blocking IO，non-blocking IO，IO multiplexing都属于synchronous IO。

而asynchronous IO则不一样，当进程发起IO 操作之后，就直接返回再也不理睬了，直到kernel发送一个信号，告诉进程说IO完成。在这整个过程中，进程完全没有被block。

non-blocking IO和asynchronous IO的区别还是很明显的。在non-blocking IO中，虽然进程大部分时间都不会被block，但是它仍然要求进程去主动的check，并且当数据准备完成以后，也需要进程主动的再次调用recvfrom来将数据拷贝到用户内存。而asynchronous IO则完全不同。它就像是用户进程将整个IO操作交给了他人（kernel）完成，然后他人做完后发信号通知。在此期间，用户进程不需要去检查IO操作的状态，也不需要主动的去拷贝数据。

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