Linux IO模式概述

基本概念

网络IO

网络IO涉及网络上数据的传输,其显著特点是IO的时延比较大。一次网络IO过程(read 操作)通常可分解为俩个操作过程,

  1. 等待数据准备就绪(填充内核缓存)
  2. 将数据从内核拷贝到用户进程空间

阻塞和非阻塞

正在执行的进程,由于期待某些事情的发送,而无法继续工作的时候,自动执行系统阻塞原语,使自己处于阻塞状态。进程进入阻塞状态是不占用CPU资源。阻塞和非阻塞是针对当数据没有准备好的时候【步骤1】,进程采取的策略。

同步和异步

同步是指进程进行IO操作的时候会阻塞(这里的阻塞特指当数据准备好的情况下,进程一定会等数据拷贝完成后再进行后续执行流。这里的IO操作特指将数据从内核拷贝到用户进程);异步是指当进程发起IO操作后,就直接返回了,直到kernel发送信号告诉进程IO完成了,这种模式,进程在整个过程中完全没有被阻塞。同步和异步是针对当数据从内核拷贝的用户空间这段时间内【步骤2】,进程采取的策略。


五种经典IO网络模型

正因为网络IO操作需要经历两个阶段,linux系统区分了下面五种网络模型。

阻塞IO

阻塞IO的操作流程如下图:


阻塞模式的特点:

直到数据准备好,阻塞步骤1; 直到数据拷贝完成,阻塞步骤2;

非阻塞IO

非阻塞IO的操作流程如下图:


非阻塞模式的特点:

如果数据没有准备好则返回,不阻塞步骤1; 直到数据拷贝完成,阻塞步骤2;(由于不阻塞步骤1,因此需要用户进程不断主动询问kernel数据是否准备好了)

IO多路复用

IO多路复用的操作流程如下图:


IO多路复用的特点:

直到数据准备好(多路中,只要有一路准备好就算是有数据),阻塞步骤1;直到数据拷贝完成,阻塞步骤2;和阻塞IO不同地地方在于:1、IO多路复用步骤1在代理系统调用处阻塞(select,epoll等)而不是read系统调用处阻塞 2、IO多路复用同时监控多路,只要有一路数据准备完毕,其代理系统调用就返回。

信号驱动IO

信号驱动IO的操作流程如下:


信号驱动IO的特点:

预先告知内核当某个socket有数据的时候通知进程,不阻塞步骤1;用户进程读取数据,阻塞步骤2.

异步IO

异步IO的操作流程如下:


异步操作的特点:

调用后马上返回,不阻塞步骤1,不阻塞步骤2; 内核完成步骤1和步骤2后给用户进程发送signal,告诉用户进程read操作完成了。


总结

  1. 阻塞、非阻塞、IO多路复用模式、信号驱动IO都是同步模式;只有异步IO模式是异步模式。
  2. 判断阻塞还是非阻塞,主要看步骤1是否会被阻塞;
  3. 判断同步还是异步,主要看看步骤2是否会被阻塞。
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