Linux网络-五种IO模型
创始人
2024-04-20 18:27:59
0

Linux网络-高级IO

  • 零、前言
  • 一、什么是IO
  • 二、五种IO模型
    • 1、阻塞IO
    • 2、非阻塞IO
    • 3、信号驱动IO
    • 4、IO多路转接
    • 5、异步IO
  • 三、高级IO重要概念
    • 1、同步通信 vs 异步通信
    • 2、阻塞 vs 非阻塞
    • 3、其他高级IO

零、前言

本章主要就Linux网络讲解非常重要的一个话题-高级IO

一、什么是IO

IO是输入input输出output的首字母缩写形式,直观意思是计算机输入输出,它描述的是计算机的数据流动的过程,因此IO第一大特征是有数据的流动

  • 从直观层面去理解IO:

IO是计算机和外设之间的数据流动过程,外设包含两种重要设备(但不限于此):输入设备和输出设备。像鼠标键盘属于输入设备,将人的指令转成“鼠键行为”这种数据传给主机;显示器是输出设备,主机通过运算,把“返回信息”这种数据传给显示器

  • 从计算机架构的角度去理解IO:

从计算机架构上来讲,任何涉及到计算机核心(CPU和内存)与其他设备间的数据转移的过程就是IO。本体就是计算机核心(CPU和内存)。例如从硬盘上读取数据到内存,是一次输入,将内存中的数据写入到硬盘就产生了输出

  • 从编程的角度去理解IO:

IO的主体是其应用程序的运行态,即进程,特别强调的是我们的应用程序其实并不存在实质的IO过程,真正的IO过程是操作系统的事情,这里把应用程序的IO操作分为两种动作:IO调用和IO执行,IO调用什么是应用程序对操作系统IO功能的一次触发,IO执行是操作系统的工作

IO调用的目的是将进程的内部数据迁移到外部即输出,或将外部数据迁移到进程内部即输入。这里,外部数据指非进程空间数据,在编程时,通常讨论的场景是来自外部存储设备的数据,如硬盘、CD-ROM、以及需要socket通信传输的网络数据

  • 以一个进程的输入类型的IO调用为例,它将完成或引起如下工作内容:
  1. 进程向操作系统请求外部数据
  2. 操作系统将外部数据加载到内核缓冲区
  3. 操作系统将数据从内核缓冲区拷贝到进程缓冲区
  4. 进程读取数据继续后面的工作

二、五种IO模型

1、阻塞IO

  • 概念及介绍:
  1. 在进行IO读写时,系统调用会一直进行等待(不做其他的),直到内核将数据准备好,得到数据后才调用返回
  2. 阻塞IO是最常见的IO模型,所有的套接字函数调用默认都是阻塞方式
  • 举例:

钓鱼时,一个人一条杆子,一动不动看着浮漂的动静,看是否有鱼上钩

  • 示图:
image-20220822161746621

2、非阻塞IO

  • 概念及介绍:
  1. 如果内核还未将数据准备好,系统调用仍然会直接返回,并且返回EWOULDBLOCK错误码
  2. 非阻塞IO往往需要程序员循环的方式反复尝试读写文件描述符(查看数据是否准备好了),这个过程称为轮询,这对CPU来说是较大的浪费,一般只有特定场景下才使用
  3. 调用返回错误码时,说明此时数据没有准备好,那么就可以选择做一些其他的事情(非阻塞),过一段时间后再次进行访问查看数据是否准备好(轮询)
  • 举例:

钓鱼时,一个人一条杆子,一会看着浮漂,没动静时就刷一会手机,隔段时间再看浮漂的动静

  • 示图:
image-20220822161911481

3、信号驱动IO

  • 概念及介绍:
  1. 信号驱动IO模型并不主动去内核是否将数据准备好,这是并不高效的IO方式
  2. 它赋予关注的事件一套处理机制,在内核将数据准备好的时候,内核主动使用SIGIO信号通知应用程序进行IO操作
  • 举例:

钓鱼时,一个人一条杆子,在杆子上挂一个铃铛,当铃铛响的时候则说明有鱼上够了需要进行处理,没响的时候可以忙其他的事情

  • 示图:
image-20220822162827026

4、IO多路转接

  • 概念及介绍:
  1. 从流程图上看起来和阻塞IO类似,阻塞式等待数据准备就绪,得到数据结果后返回
  2. 实际上最核心在于IO多路转接能够同时等待多个文件描述符的就绪状态
  • 举例:

钓鱼时,一个人多条杆子,关注多条杆子的状态,当有一条杆子有动静时则可以进行相应的处理

  • 示图:
image-20220822171233513

5、异步IO

  • 概念及介绍:
  1. 上述的四种IO模型都是同步IO,和异步IO最大的差别就是看是否需要主动参与到IO读写中去
  2. 异步IO由内核在数据拷贝完成时,再通知应用程序(而信号驱动IO是告诉应用程序何时可以开始拷贝数据)
  • 举例:

钓鱼时,老板雇了一个人,给了他一条杆子,当鱼桶装满时,雇佣的人再通知老板

  • 示图:
image-20220822171819243

三、高级IO重要概念

1、同步通信 vs 异步通信

  1. 同步和异步关注的是消息通信机制
  2. 同步就是在发出一个调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回;但是一旦调用返回,就得到返回值了;换句话说,就是由调用者主动等待这个调用的结果
  3. 异步则是相反, 调用在发出之后,这个调用就直接返回了,所以没有返回结果;换句话说,当一个异步过程调用发出后,调用者不会立刻得到结果;而是在调用发出后, 被调用者通过状态、通知来通知调用者,或通过回调函数处理这个调用

注:进程多线程中的同步和互斥与这里的同步通信是完全不同的概念

  • 进程/线程同步:

进程/线程同步也是进程/线程之间直接的制约关系,是为完成某种任务而建立的两个或多个线程,这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系,尤其是在访问临界资源的时候

2、阻塞 vs 非阻塞

  1. 阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果(消息,返回值)时的状态
  2. 阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起,调用线程只有在得到结果之后才会返回
  3. 非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前,该调用不会阻塞当前线程

3、其他高级IO

非阻塞IO,纪录锁,系统V流机制, I/O多路转接(也叫I/O多路复用) ,readv和writev函数以及存储映射IO(mmap),这些统称为高级IO

相关内容

热门资讯

鸿蒙怎样还原安卓系统,系统切换... 你有没有想过,鸿蒙系统竟然能还原安卓系统?这听起来是不是有点像魔法一样神奇?没错,今天就要带你一探究...
电脑安卓转苹果系统,系统迁移攻... 你有没有想过,有一天你的安卓手机突然变成了苹果的忠实粉丝,想要跳槽到iOS的阵营呢?这可不是什么天方...
安卓xp系统下载地址,轻松获取... 你有没有想过,手机系统也能穿越时空?没错,今天我要给你揭秘的就是这样一个神奇的存在——安卓XP系统。...
安卓系统怎么清理相册,安卓系统... 手机里的相册是不是越来越臃肿了?每次打开都感觉像是在翻山越岭,找一张照片都要费老鼻子劲。别急,今天就...
安卓系统安装ios转移,轻松实... 你有没有想过,手机系统之间的转换竟然也能如此神奇?没错,今天就要来聊聊安卓系统安装iOS转移这个话题...
安卓系统与ios系统的优势,系... 你有没有想过,为什么你的手机里装的是安卓系统而不是苹果的iOS系统呢?或者反过来,为什么你的朋友用的...
安卓系统游戏如何升级,轻松实现... 亲爱的安卓玩家们,你是否也和我一样,对安卓系统游戏升级这件事充满了好奇和期待呢?每次游戏更新,都仿佛...
安卓系统蛋仔派对,安卓系统下的... 你有没有发现,最近你的手机里多了一个超级好玩的游戏?没错,就是安卓系统上的“蛋仔派对”!这款游戏可是...
坚果3安卓原生系统,深度体验原... 你有没有听说过坚果3这款手机?它可是最近在数码圈里火得一塌糊涂呢!今天,我就要来给你详细介绍一下这款...
安卓子系统点不开,排查与解决指... 最近是不是你也遇到了安卓子系统点不开的烦恼?这可真是让人头疼啊!别急,今天就来给你详细解析一下这个问...
安卓系统经常误删文件,如何有效... 你有没有遇到过这种情况?手机里的文件突然不见了,找来找去,怎么也找不到。别急,这可能是安卓系统的小调...
安卓51系统如何破解,轻松解锁... 安卓51系统如何破解——探索未知的技术边界在数字化时代,手机已经成为我们生活中不可或缺的一部分。而安...
安卓系统怎么换回主题,安卓系统... 亲爱的手机控们,你是不是也和我一样,对安卓系统的主题换换换乐此不疲呢?不过,有时候换着换着,突然发现...
黑莓安卓系统 太垃圾,令人失望... 你有没有用过黑莓的安卓系统?别告诉我你没有,因为现在这个系统真的是太垃圾了!是的,你没听错,就是那个...
修改安卓系统权限代码,安卓系统... 你有没有想过,你的安卓手机里那些神秘的系统权限代码?它们就像隐藏在手机里的秘密通道,有时候让你觉得既...
虚拟大师安卓系统教程,教程详解... 你有没有想过,手机里的世界可以变得更加神奇?今天,就让我带你一起探索虚拟大师安卓系统的奥秘吧!想象你...
基于安卓系统个人博客,轻松构建... 你有没有想过,在这个信息爆炸的时代,拥有一片属于自己的网络小天地是多么酷的事情啊!想象每天都能在这里...
安卓怎么传到苹果系统,从安卓到... 你是不是也有过这样的烦恼:手机里存了好多好用的安卓应用,可是一换到苹果系统,就发现这些宝贝们都不见了...
安卓改系统字体app,安卓系统... 你有没有想过,手机上的字体也能变得个性十足?没错,就是那个安卓改系统字体app,它可是让手机界面焕然...
安卓系统重启密码错误,破解与预... 手机突然重启了,屏幕上竟然出现了密码输入的界面!这可怎么办?别急,让我来帮你一步步解决这个安卓系统重...