Python IO模型

Posted 2021-02-14 hermoeus

这篇博客是本人借鉴一些大神的博客并结合自己的学习过程写下的。

事件驱动模型

事件驱动模型是一种编程范式，这里程序的执行流由外部事件来决定。它的特点是包含一个事件循环，当外部事件发生时，不断从队列里取出事件，根据不同的事件，调用不同的函数，然后通过使用回调机制来触发相应的处理。

IO多路复用

阻塞IO（blocking IO）

当用户进程调用了recvfrom时，kernel就开始准备数据。在此期间对于network io来说，很多时候完整的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Process这边，整个进程便会被阻塞。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。

非阻塞IO(non-blocking IO)

当用户进程向kernel发送数据请求时，如果数据还没有到kernel中，那么就会返回一个error。当用户进程收到error后，会不断地向kernel发送数据请求，直到最后拿到数据。在每一次recvfrom的时候，CPU的权限还在进程这里，那么CPU便可以干点其他事情。但是需要注意，拷贝数据整个过程，进程仍然是属于阻塞的状态。

 IO多路复用(IO multiplexing)

select就是一种IO multiplexing，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。IO multiplexing的优点在于能够同时处理多个connection，另外process的阻塞是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。

异步IO(Asynchronous IO)

用户进程发起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。

select模块实例

 1 ##############server##############
 2 import socket, select
 3 sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
 4 sk.bind(("192.168.43.159", 8001))
 5 sk.listen(5)
 6 inputs = [sk,]
 7 while True:
 8     r,w,e = select.select(inputs, [], [], 5) ##监听
 9     for obj in r:
10         if obj == sk:
11             conn,addr = obj.accept()
12             print(conn)
13             inputs.append(conn)
14         else:
15             try:
16                 data = obj.recv(1024)
17                 print(data.decode("UTF-8"))
18                 inp = input("回答%s号客户：" %inputs.index(obj))
19                 obj.sendall(inp.encode("utf-8"))
20             except Exception:  ##防止连接断开
21                 inputs.remove(obj)
22                 
23 ##############client##############
24 import socket
25 sk = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
26 sk.connect_ex(("192.168.43.159", 8001))
27 while True:
28     answ = input(">>>")
29     sk.send(answ.encode("utf8"))
30     data = sk.recv(1024)
31     print(data.decode("utf-8"))