同步IO, 异步IO的理解

Posted 2020-11-30 liwangcai

1. 什么是IO？

　在计算机中无时无刻不存在着对数据的访问和读取（数据都存储在物理的媒介上，例如寄存器，高速缓存，内存，磁盘，网卡等等），这些操作被称为IO。

2. 阻塞IO

　

　　（1）当用户线程发起IO请求后，会进行系统调用（system call）来让内核（Kernel）进行IO操作

　　 （2）此时用户线程阻塞，等待内核将数据准备好

　　 （3）内核将数据准备好后会将数据从内核空间拷贝到用户空间，并返回给用户线程结束阻塞。

3. 非阻塞IO

　　

　  （1） 由用户线程发起IO请求, 进行系统调用来让内核进行IO操作

      （2） 此时如果内核没有准备好数据则会直接返回error，并不会阻塞用户线程，用户线程可以重复的发起IO请求

　   （3）当用户线程发起请求并且内核已经将数据准备好后，会将数据从内核空间拷贝到用户空间（这个过程是需要阻塞用户线程的），返回给用户

4. 多路复用IO

　　

　　（1）用户线程调用select后进行系统调用（内核会监视所有select负责的socket），此时用户线程被阻塞

　　 （2）当内核将数据准备好后就会返回，并通知用户线程进行读取操作，此时内核将数据拷贝到用户空间并返回

5. 阻塞IO与非阻塞IO?

    阻塞IO：用户线程发起IO操作，紧接着由内核线程来执行IO操作，在阻塞IO中内核线程并不会立即返回而是等待数据拷贝到内存空间时才返回，在此期间用户线程处于阻塞状态。

　非阻塞IO: 与阻塞IO不同，内核线程在执行IO操作后会立即返回，若结果为error则用户线程可以重新发起请求而不会被阻塞，一旦内核将数据准备好了且用户线程发起了IO请求那么将数据拷贝到用户空间。

　 我们看上面的图可以知道IO操作大致分为两个部分：

　　（1）用户线程发起IO请求时，内核未准备好数据

　　（2）用户线程发起IO请求时，内核以准备好数据

    通过对比两个图中流程我们可以发现，（2）这个流程在阻塞IO与非阻塞IO流程是相同的区别在于（1）这个步骤。因此阻塞IO与非阻塞IO的区别在于内核线程在执行IO操作时是否立即返回结果，若立即返

    回则为非阻塞IO，反之则为阻塞IO。

6. 同步与异步IO?

　异步IO:  用户线程发起IO操作后，可以立即去做其他事情，另一方面，对于内核线程当它收到异步读取之后会立即返回，不会对用户线程造成阻塞。当内核将数据准备好之后会将数据从内核空间拷贝到用户空间，内核会发送  　　给用户一个信号通知用户IO操作已完成。

    同步IO: 同步IO的关键在于在真正读取数据（也就是上面提到的（2）这个步骤）的时候用户线程是否被阻塞。非阻塞IO虽然在用户发起请求时会立即返回，但是当内核准备好数据之后，任然需要用户线程发起请求才会将数据 　　从内核空间拷贝到用户空间，因此非阻塞IO属于同步IO。