基础篇：Linux/Unix下的不同IO模型

Posted 2021-04-25 高性能高可用Linux服务器

UNPv1 第 6.2 节总结了 Unix/Linux 上的五种 IO 模型：

阻塞(blocking)、

非阻塞(non-blocking)、

IO 复用(IO multiplexing)、

信号驱动(signal-driven)、

异步(asynchronous)。

这些都是单线程下的 IO 模型。

• blocking I/O 

  
  

  
  

首先application调用 recvfrom()转入kernel，注意kernel有2个过程，wait for data和copy data from kernel to user。直到最后copy complete后，recvfrom()才返回。此过程一直是阻塞的。

• nonblocking I/O： 

  与blocking I/O对立的，非阻塞套接字，调用过程图如下：

可以看见，如果直接操作它，那就是个轮询。。直到内核缓冲区有数据。

• I/O multiplexing (select and poll) 
  最常见的I/O复用模型，select。

select先阻塞，有活动套接字才返回。与blocking I/O相比，select会有两次系统调用，但是select能处理多个套接字。

• signal driven I/O (SIGIO) 
  只有UNIX系统支持，感兴趣的课查阅相关资料

与I/O multiplexing (select and poll)相比，它的优势是，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。

• asynchronous I/O (the POSIX aio_functions) 

完全异步的I/O复用机制，因为纵观上面其它四种模型，至少都会在由kernel copy data to appliction时阻塞。

而该模型是当copy完成后才通知application，可见是纯异步的。

下面是以上五种模型的比较

可以看出，越往后，阻塞越少，理论上效率也是最优。

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实际上，不管是哪种模型，都可以抽象一层出来，提供一致的接口，广为人知的有ACE,Libevent这些，他们都是跨平台的，而且他们自动选择最优的I/O复用机制，用户只需调用接口即可。

说到这里又得说说2个设计模式，Reactor and Proactor。Libevent是Reactor模型，ACE提供Proactor模型。实际都是对各种I/O复用机制的封装。

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