五种I/O模型

Posted 2021-02-12 avalon-merlin

I/O模型包含5种

阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O复用、事件（信号）驱动I/O、异步I/O

进程想要获取磁盘中的数据，需要发起系统调用，通知内核。因为只有内核才能和磁盘交互。

当进程发起系统调用的时候，系统调用进入内核模式，然后开始I/O操作：

磁盘将数据加载进内核的内存空间；

内核的内存空间的数据copy到用户的内存空间。

调用过程：

进程需要对磁盘中的数据进行操作，会向内核发起一个系统调用，然后改进程会被挂起或者进入睡眠状态，也叫不可中断的睡眠，只有当系统调用的结果完成后，进程会被唤醒。具体过程如下：

1. 进程向内核发起一个系统调用
2. 内核接收到系统调用，发现是一个我呢间的请求，通过磁盘把文件读取出来
3. 磁盘接收到内核的命令后，把数据拷贝到内核的内存空间
4. 内核的内存空间接收到数据后，把数据拷贝到用户进程的内存空间
5. 进程的内存空间获取数据后，给内核发送通知
6. 内核把接收到的通知回复给进程，这个过程为唤醒进程，然后进程拿到数据，进行后续处理

阻塞：是指系统调用返回结果前，用户进程被挂起，直到系统调用返回结果。

非阻塞：进程发起I/O调用，I/O需要一点时间来完成，进程先去进行其他的操作。没隔一段时间，询问内核数据是否准备结束，结束则进程获取到数据，继续执行，此过程也叫作盲等待。

I/O多路复用select

使用多路复用的原因：某个进程阻塞在多个I/O上，一个进程既要等待从键盘输入信息，又要准备从磁盘装入信息，调用了两个I/O操作，其中一个I/O执行结束，另一个还在阻塞，，导致整个县城依旧处于睡眠状态，此时需要I/O多路复用来解决。

进程在调用I/O的时候，不是直接使用I/O的功能，而是在系统内核中，新增一个系统调用，帮助进程监控多个I/O，一旦一个进程需要系统调用的时候，向内核发起一个特殊的系统调用，这个进程就会被阻塞在这个复用器的调用上面，这个进程此时可以进行后面的操作。帮助进程监控这些I/O的工具就叫做I/O复用器。

Linux中的I/O复用器

select：进程调用的时候，把请求发送给select，可以引发多个，但是最多支持1024个。

poll：没有限制，但是1024个后会导致性能下降。

事件驱动

进程发起调用，通过回调函数，内核会记住是哪个进程申请的，一旦一阶段（磁盘将数据装载到内核的内存中），就可以向这个进程发起通知，这样第一阶段是非阻塞的，第二阶段依旧是阻塞的。

两种机制：

水平触发机制：内核通知进程来读取数据，进程没有读取数据，内核会一次又一次的通知进程。

边缘触发机制：内核只通知进程一次来取数据，进程在超时时间内随时可以取数据，取数据的通知发给进程。（例如：nginx）

异步AIO

只有当数据完全拷贝到用户线程的时候，才向服务进程返回信息。

只有在文件中可以实现AIO，网络异步IO不可实现。