7.3 5种IO模型与IO复用

Posted 2020-12-27 wanmeishenghuo

　　5种IO模型分别如下：

1、阻塞IO模型

 

当上层应用app1调用recv系统调用时，如果对等方没有发送数据（缓冲区没有数据），上层app1将阻塞（默认行为，被linux内核阻塞）。

当对等方发送了数据，linux内核recv端缓冲区有数据后，内核会把数据copy给用户空间。然后上层应用app1解除阻塞，执行下一步操作。

2、非阻塞IO模型

 

上层应用程序app2将套接字设置成非阻塞模式。

上层应用程序app2轮询调用recv函数，接收数据，若缓冲区没有数据，上层程序app2不会阻塞，recv返回值-1，错误码是EWOULDBLOCK。

上层应用程序不断轮询有没有数据到来，会造成上层应用忙等待，大量的消耗CPU时间，很少直接用，应用范围小，一般和select IO复用配合使用。

阻塞IO和非阻塞IO是两个极端，一个是没有数据就死等，另一个极端是轮询。

有没有这样一种机制去管理n个文件描述符，当文件描述符状态发生变化了，会通知应用程序呢？这就是IO复用技术，也叫作多路复用。

3、IO复用模型

 

上层应用程序app3调用select机制（该机制由linux内核支持，避免了app3忙等待），进行轮询文件描述符的状态变化。

当select管理的文件描述符没有数据（或者状态没有变化时），上层应用程序app3也会阻塞。

好处是select会管理多个文件描述符。

select可以看成一个管理者，用select来管理多个IO。

一旦检测到一个IO或者多个IO有我们感兴趣的事件发生，select函数将返回，返回值为检测到的事件个数，继而可以利用select相关api函数，具体操作事件。

select函数可以设置等待时间，避免了上层应用程序app3长期僵死。

和阻塞IO模型相比，select IO复用模型相当于提前阻塞了，等到有数据到来时再调用recv就不会发生阻塞。

 4、信号驱动模型：

 

上层应用程序app4建立SIGIO信号处理程序，当缓冲区有数据到来时，内核会发送信号告诉上层应用程序app4。

上层应用程序app4接收到信号后，调用recv函数，因缓冲区有数据，recv函数一般不会阻塞。

这种模型用的也比较少，属于典型的“拉模式”，即上层应用程序app4需要调用recv函数把数据拉进来。

应用程序接收到信号有一个时间延迟，处理这个信号可能还有一个时间延迟，如果这些延迟比较长，内核空间数据有可能发生变化。存在隐患。因此，这种IO模型用的不多。

5、异步IO模型

 

上层应用app5调用aio_read函数，同时提交一个应用层的缓冲区buf，调用完毕后不会阻塞，上层应用程序app5可以进行其他任务。

当TCP IP协议缓冲区有数据时，linux内核主动把内核缓冲区中的数据copy到用户空间，然后再给上层应用app5发送信号，告诉app5数据有了，赶快处理吧。

这是典型的推模式。

效率最高的一种形式，上层应用app5有异步处理的能力（在linux内核的支持下，言外之意：处理其他任务的同时，也可支持IO通讯）。

上层应用app5也可以在干别的活儿的同时接收数据。与信号驱动IO模型相比，上层应用程序app5不需要调用recv函数。

这种IO模型效率非常高，是高性能、高并发服务器常用的模型。

IO复用模型和异步IO模型是两种常用的模型。