【Linux】【网络编程】

Linux/Unix上的五种IO模型

参考：https://www.nowcoder.com/study/live/504?&headNav=www。

一， 阻塞/非阻塞、同步/异步

陈硕：在处理IO时，阻塞和非阻塞是同步IO，只有使用了特殊的API才是异步IO。

一个典型的网络IO接口调用，分为两个阶段：数据就绪和数据读写。

数据就绪分为阻塞和非阻塞，表现的结果就是，阻塞当前线程或者是直接返回。
当阻塞时，函数调用后，如果数据还没有到达，那么就会一直等待直到有数据到达被读取；
当非阻塞时，函数调用后，会立即返回，根据返回值判断是否成功读取了数据；

数据读写分为同步和异步。
同步表示A向B请求调用一个网络IO接口时，数据的读写由请求方A自己完成；
异步表示A向B请求调用一个网络IO接口时，要向B传入请求的事件及事件发生时通知的方式，A就可以处理其它逻辑了，当B监听到事件处理完成后，用事先约定好的通知方式，通知A处理结果。

阻塞和非阻塞是在操作系统层面上对TCP接收缓冲区而言的；
同步异步是对应用程序和内核的交互方式来说的。

二，Linux、Unix上的五种IO模型

2.1 阻塞 blocking

阻塞blocking：调用者调用了某个IO函数，等待函数返回，期间什么也做不了，不停的检查这个函数有没有问题，必须等这个函数但会才进行下一步动作。

2.2 非阻塞 non-blocking(NIO)

在Linux、Unix中将文件描述符设置为非阻塞(fcntl())。

非阻塞等待，每隔一段时间就检测IO事件是否就绪，没有就可以做其他事，非阻塞I/O执行系统调用总是立即返回，不管事件是否已经发生。

若事件没有发生，则返回-1，此时可以根据errno区分这两种情况，对于accept、recv和send，事件未发生时，errno通常被设置未EAGAIN。

2.3 IO复用 IO multiplexing

Linux用select/poll/epoll函数实现IO复用模型，这些函数会使进程阻塞，但是和阻塞IO不同的是这些函数可以同时阻塞多个IO操作，而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用IO操作函数。

2.4 信号驱动 signal-driven

Linux用套接口进行信号驱动IO，安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞，当IO事件就绪，进程收到SIGIO信号，然后处理IO事件。

内核在第一个阶段是异步，在第二个阶段是同步；与非阻塞IO的区别在于它提供了消息通知机制，不需要用户进程不断的检查，减少了系统API的调用次数，提高了效率。

2.5 异步IO asynchronous

Linux中，可以调用alo_read/alo_write函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区大小、文件偏移及通知方式然后立即返回，当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。

异步IO使用比较少。

异步IO中包含了一个结构体aiocb，该结构体包含的成员如下：

struct aiocb
{
	int aio_fildes;  // file descriptor
	int aio_lio_opcode;  // operation to be performed
	int aio_reqprio;  // request priority offset
	volatile void *aio_buf;  // location of buffer
	size_t aio_nbytes;  // length of transfer
	struct sigevent aio_sigevent;  // signal number and value
	
	struct aiocb *__next_prio;
	int __abs_prio;
	int __policy;
	int __error_code;
	__ssize_t __return_value;
	
#ifndef __USE_FILE_OFFSET64
	__off_t aio_offset;  // file offset
	char __pad[sizeof(__off64_t) - sizeof(__off_t)];
#else
	__off64_t aio_offset;  // file offset
#endif
char __glibc_reserved[32];
};
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