python基础27 -----python进程终结篇-----IO模型

Posted 2020-09-29

一、IO模型

　　1、IO模型分类

　　　　1.阻塞IO--------blocking IO

　　　　2.非阻塞IO------nonblocking IO

　　　　3. 多路复用IO------- multiplexing

　　　　4.信号驱动IO-------signal driven IO （工作中不会使用到，只是作为了解）

　　　　5.异步IO------- asynchronous IO

　　2、通常情况下IO默认操作分为两个阶段（默认都是阻塞IO）

　　　　1.准备等待数据阶段，相当于请求操作系统是否有数据发送过来（调用IO操作）。

　　　　2.将数据从内核缓存拷贝到进程缓存中。

二、不同的IO操作

　　1、阻塞IO（blocking io）

　　　　1.在Linux系统中默认情况下所有的socket都是阻塞IO,如图所示

　　　　　　

　　　　2.阻塞IO工作原理（）：

　　　　　　当用户进程调用了recvfrom这个系统调用（相当于用户进程发送请求像操作系统要数据），kernel就开始了IO的第一个阶段：准备　　　　数据。对于network io来说，很多时候数据在一开始还没有到达，这个时候kernel就要等待足够的数据到来。而在用户进程这边，整个　　　　进程会被阻塞。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除　　　　　　block的状态，重新运行起来。所以，blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段都被block了。

　　2、非阻塞IO

　　　　1.在Linux操作系统可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时，流程是这个样子

　　　　　　　　

　　　　2.非阻塞IO工作原理：

　　　　　　从图中可以看出，当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一　　个error。从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它　　就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么　　它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。所以，用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据好了没有。如果数据还没准备好，此　　时会返回一个error。进程在接收到error后，可以干点别的事情，然后再发起recvform系统调用。重复上面的过程，循环往复的进行recvform　　系统调用。这个过程通常被称之为轮询。轮询检查内核数据，直到数据准备好，再拷贝数据到进程，进行数据处理。需要注意，拷贝数据整　　个过程，进程仍然是属于阻塞的状态。

　　　　3.代码原理：

　　　　　　

　　　　3、IO多路复用

　　　　　　1、以上情况只能应用于一个server处理一个客户sock，如果想让一个server处理多个客户sock那就要用到IO多路复用

　　　　　　2、多路复用流程图：

　　　　　　　　

　　　　　　　　当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的　　　　　　数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。这个图和blocking IO的图　　　　　　其实并没有太大的不同，事实上，还更差一些。因为这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom)，而blocking IO只调用了一　　　　　　个system call (recvfrom)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection，在IO multiplexing Model中，实际中，对于　　　　　　每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被　　　　　　select这个函数block，而不是被socket IO给block。

　　　　　　3.代码实现原理：

　　　　　　　　

　　　　　　4、利用selectors来实现IO的多路复用

　　　　　　　　

　　　　　　5、注释：在windows下只支持python中的select阻塞,而在linux下是三者都支持。我们通过selectors模块python可以自动判断

　　　　　　使用什么阻塞方式。

　　　　

 

　　　　　6、各个IO模型比较图：