T:2019/11/28 W:四 17:0:11 [HTML]: @TOC

前言

1) 什么是 I/O? - I/O输入/输出(Input/Output)，分为IO设备和IO接口两个部分。 2) Unix和Linux的区别? - UNIX是一个功能强大、性能全面的多用户、多任务操作系统，可以应用从巨型计算机到普通PC机等多种不同的平台上，是应用面最广、影响力最大的操作系统。(收费的商业软件) - Linux 是一种外观和性能与UNIX相同或更好的操作系统，但，Linux不源于任何版本的UNIX的源代码，并不是UNIX，而是一个类似于UNIX的产品。(开源/免费的软件) 3) 什么是I/O操作,什么是文件描述? - unix(like)世界里，一切皆文件，而文件是什么呢？文件就是一串二进制流而已，不管socket,还是FIFO、管道、终端，一切都是文件，一切都是流。在信息 交换的过程中，我们对这些流进行数据的收发操作，简称为I/O操作(input and output)，从数据流中读取数据，系统会调用read(读取数据);写入数据,系统调用write(写入数据)。不过话说回来了 ，计算机里有这么多的流，我怎么知道要操作哪个流呢？对，就是文件描述符，即通常所说的fd，一个fd就是一个整数，所以，对这个整数的操作，就是对这个文件(流)的操作。我们创建一个socket,通过系统调用会,返回一个文件描述符，那么剩下对socket的操作就会转化为对这个描述符的操作。不能不说这又是一种分层和抽象的思想。

I/O分类

• 同步IO, 异步IO, 阻塞IO, 非阻塞IO区别联系
• 分析
  • 实际上同步与异步是针对应用程序与内核的交互而言的。
    • 同步过程中进程,触发IO操作并等待(也就是阻塞)或者轮询的去查看IO操作(也就是非阻塞)是否完成。
    • 异步过程中进程触发IO操作以后，直接返回，做自己的事情，IO交给内核来处理，完成后内核通知进程IO完成。
  • 同步和异步对应用程序而言关注的是内核与进程中间的协作关系；
  • 阻塞与非阻塞更关注的是单个进程的执行状态。
  • 同步有阻塞和非阻塞之分，异步没有，异步一定是非阻塞的。
  • 阻塞、非阻塞、多路IO复用，都是同步IO，异步必定是非阻塞的，所以不存在异步阻塞和异步非阻塞的说法。
  • 真正的异步IO需要内核的深度参与。换句话说，只有用户线程在操作IO的时候根本不去考虑IO的执行全部都交给内核去完成，而自己只等待一个完成信号的时候，才是真正的异步IO。所以，用一个子线程去轮询、去死循环，或者使用select, poll, epool, 都不是异步。
• 结论:
  • 同步：执行一个操作之后，进程触发IO操作并等待(也就是我们说的阻塞)或者轮询的去查看IO操作(也就是我们说的非阻塞)是否完成，等待结果，然后才继续执行后续的操作。
  • 异步：执行一个操作后，可以去执行其他的操作，然后等待通知再回来执行刚才没执行完的操作。
  • 阻塞：进程给内核传达一个任务之后，一直等待内核处理完成，然后才执行后面的操作。
  • 非阻塞：进程给内核传达任我后，继续处理后续的操作，隔断时间再来询问之前的操作是否完成。这样的过程其实也叫轮询。

    I/O模型

• 阻塞I/O模型(BIO)
  • 最广泛的模型是阻塞I/O模型，默认情况下，所有套接口都是阻塞的。 进程调用recvfrom系统调用，整个过程是阻塞的，直到数据复制到进程缓冲区时才返回(当然，系统调用被中断也会返回)。
• 非阻塞I/O模型(NIO)
  • 当我们把一个套接口设置为非阻塞时，就是在告诉内核，当请求的I/O操作无法完成时，不要将进程睡眠，而是返回一个错误。当数据没有准备好时，内核立即返回EWOULDBLOCK错误，第四次调用系统调用时，数据已经存在，这时将数据复制到进程缓冲区中。这其中有一个操作时轮询(polling)。
• 异步I/O模型(AIO)
  • 进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。
  • 这个模型工作机制是：告诉内核启动某个操作，并让内核在整个操作(包括第二阶段，即将数据从内核拷贝到进程缓冲区中)完成后通知我们。
  • 这种模型和前一种模型区别在于：信号驱动I/O是由内核通知我们何时可以启动一个I/O操作，而异步I/O模型是由内核通知我们I/O操作何时完成。
• 信号驱动I/O模型(signal driven I/O， SIGIO)
  • 首先我们允许套接口进行信号驱动I/O,并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。当数据报准备好读取时，内核就为该进程产生一个SIGIO信号。我们随后既可以在信号处理函数中调用recvfrom读取数据报，并通知主循环数据已准备好待处理，也可以立即通知主循环，让它来读取数据报。无论如何处理SIGIO信号，这种模型的优势在于等待数据报到达(第一阶段)期间，进程可以继续执行，不被阻塞。免去了select的阻塞与轮询，当有活跃套接字时，由注册的handler处理。
• I/O多路复用
  • I/O复用模型用到select和poll函数，这两个函数也会使进程阻塞，select先阻塞，有活动套接字才返回，但是和阻塞I/O不同的是，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作，而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写(就是监听多个socket)。select被调用后，进程会被阻塞，内核监视所有select负责的socket，当有任何一个socket的数据准备好了，select就会返回套接字可读，我们就可以调用recvfrom处理数据。

  • 正因为阻塞I/O只能阻塞一个I/O操作，而I/O复用模型能够阻塞多个I/O操作，所以才叫做多路复用。

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