回顾IO模型

Posted 2021-04-25 了解这个有多难

Unix系统哲学中提出了5种IO模型

1. 阻塞IO

2. 非阻塞IO

3. 多路复用IO

4. 信号驱动IO

5. 异步IO

1，阻塞IO

这是传统IO模型，即在读写数据过程中会发生成阻塞现象。

典型的阻塞IO模型的例子为：data = socket.read()

如果数据没有就绪，就会一直阻塞在read方法处，线程处于阻塞状态，此时交出CPU，直到read返回，内核会将数据拷贝到用户线程，用户线程才解除block状态。

2，非阻塞IO模型

当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。这个结果可能是err，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就说非阻塞IO不会交出CPU，直到取到数据，可以看出这种效率不是很高。

典型的非阻塞IO模型一般如下：

while(true){
   data = socket.read();
   if(data!= error){
       处理数据
       break;
   }
}

3、多路复用IO模型

     多路复用IO模型是目前使用得比较多的模型。在多路复用IO模型中，只需要一个用户线程就可以管理多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作，所以它大大减少了资源占用。因此，多路复用IO比较适合连接数比较多的情况。注意，这里轮询每个socket状态是内核在进行的而并非像非阻塞IO中那样是通过用户线程不断地询问socket状态。

使用多路复用IO的有著名的redis，nginx等。nginx 采用的是多进程（单线程） + io多路复用(epoll)模型 实现高并发

4、信号驱动IO模型

     在信号驱动IO模型中，当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。

5、异步IO模型

     异步IO模型才是最理想的IO模型，在异步IO模型中，当用户线程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从内核的角度，当它收到一个asynchronous read之后，它会立刻返回，说明read请求已经成功发起了，因此不会对用户线程产生任何block。然后，内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户线程，当这一切都完成之后，内核会给用户线程发送一个信号，告诉它read操作完成了。也就说用户线程完全不需要知道实际的整个IO操作是如何进行的，只需要先发起一个请求，当接收内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成，可以直接去使用数据了。

　　也就说在异步IO模型中，IO操作的两个阶段都不会阻塞用户线程，这两个阶段都是由内核自动完成，然后发送一个信号告知用户线程操作已完成。用户线程中不需要再次调用IO函数进行具体的读写。这点是和信号驱动模型有所不同的，在信号驱动模型中，当用户线程接收到信号表示数据已经就绪，然后需要用户线程调用IO函数进行实际的读写操作；而在异步IO模型中，收到信号表示IO操作已经完成，不需要再在用户线程中调用iO函数进行实际的读写操作。

注意：异步IO是需要操作系统的底层支持

前面四种IO模型实际上都属于同步IO，只有最后一种是真正的异步IO，因为无论是多路复用IO还是信号驱动模型，IO操作的第2个阶段都会引起用户线程阻塞，也就是内核进行数据拷贝的过程都会让用户线程阻塞。

⬇︎⬇︎⬇︎后续更新，长按关注⬇︎⬇︎⬇︎