5种网络I/O模型-创新互联

IO发生时涉及的对象和步骤：

对象：

对于一个网络IO，涉及到了两个对象，一个是进程，另一个是系统内核。当一个read发生时，会进行一下步骤

步骤：

1. 数据的准备（即等待）

2. 将数据从内核拷贝到应用进程中

几种I/O模型的区别一般就在以上两个阶段有所不同

下面介绍了5种不同的I/O模型：

阻塞IO

非阻塞IO

多路复用IO

信号驱动IO

异步IO

以上5中IO中，前4种为同步IO，第5种为异步IO

1. 阻塞IO

 在linux中，默认的socket都是阻塞的

 一个典型的读操作的流程大概是这样的：

 当用户进程调用recv/recvfrom系统调用时，会检查内核接收缓冲区是否准备好了数据，对于网络IO 来说，很多时候数据在一开始的时候还没有到达，所以进程会阻塞等待，直到内核缓冲区数据准备好了（对UDP来说要收到一个完整的数据报），内核就把数据拷贝到用户缓冲区，然后内核返回结果。

   所以，阻塞IO的特点就是在IO执行的两个阶段都被block了

2.非阻塞IO

 在linux中，socket可以通过参数被设置为非阻塞的

 同样，一个典型的阻塞读操作的流程大是这样的：

 当调用recv/recvfrom系统调用时，检查内核是否准备好了数据，如果没有就直接返回一个error，并 不会阻塞等待数据，用户可以循环调用recv/recvfrom，这样的话，如果内核一直没有准备好数据， 函数就会一直返回一个error，直到数据准备好，才会把数据拷贝到用户缓冲区，并返回

   所以，用户进程其实是需要不断的主动询问内核数据好了没有。

3. 多路复用IO

 系统提供select函数和epoll来实现多路复用输入/输出模型,select/epoll可以用单个进程来处理多个网络接口的IO，它的基本原理就是这两个函数会不断的轮询它所负责的所有socket，当有任何一个  socket收到数据就会返回通知用户，此时用户调用recv/recvfrom，将数据从内核拷贝到用户内存用户进程其实也是一直被阻塞的，但和阻塞IO不同，该方式是select函数进行阻塞，而阻塞IO是recv函数进行阻塞，另外，select的优势是可以同时处理多个连接

4. 信号驱动IO

 使用信号驱动I/O时，当网络套接字可读后，内核通过发送SIGIO信号通知应用进程，于是应用可以开 始读取数据。该方式并不是异步I/O，因为实际读取数据到应用进程缓存的工作仍然是由应用自己负责的。

5. 异步IO

 当用户进程发起一个read操作后，内核收到该read操作后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程 阻塞，然后它会等待数据的准备完成，再把数据拷贝到用户内存，完成之后，它会给用户进程发送一个信号，告诉用户进程read操作完成了

下面来思考这两个问题：

1.阻塞IO与非阻塞IO的区别：

调用阻塞IO的时候进程会一直阻塞直到数据准备好，并且拷贝完成才解除阻塞

而非阻塞IO不会阻塞对应进程，尽管数据还没准备好，也会立刻返回

2.同步IO与异步IO的区别：

两者的区别在于，同步IO在IO操作的时候会阻塞，这里的IO操作是真正意义上的IO操作，也就是非阻塞IO中的recv/recvfrom系统调用，当内核准备好数据后，recvfrom会将数据从内核拷贝到用户中，这段时间内，进程是被阻塞的。

而异步IO则不一样，当进程发起IO操作后，就直接返回，剩下的工作全部交给内核来完成，知道内核给用户进程发送一个信号告诉它IO完成，整个过程中进程没有被阻塞

非阻塞IO和异步IO：

在非阻塞IO中，虽然进程大部分时间都不会被阻塞i，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。而异步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（内核）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。

《完》

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