五种IO模型(Model)

目录

• 一：IO模型简介
  • 1.五种IO Model：
• 二：五种IO模型简介
  • 1.阻塞IO
  • 2.非阻塞IO
  • 3.多路复用IO
  • 4.信号驱动IO模型
  • 5.异步IO
• 三:5种I/O模型的比较

一：IO模型简介

• IO模型研究的主要是网络IO(linux系统)

  同步（synchronous）	大部分情况下会采用缩写的形式  sync
  异步（asynchronous） 	async
  阻塞（blocking）
  非阻塞（non-blocking）

1.五种IO Model：

研究的方向(IO模型)
Stevens在文章中一共比较了五种IO Model：
    * blocking IO           阻塞IO
    * nonblocking IO      	非阻塞IO
    * IO multiplexing      	IO多路复用
    * signal driven IO     	信号驱动IO
    * asynchronous IO    		异步IO
    由signal driven IO（信号驱动IO）在实际中并不常用，所以主要介绍其余四种IO Model

二：五种IO模型简介

1.阻塞IO

最为常见的一种IO模型 有两个等待的阶段(wait for data、copy data)

• 描述

当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除block状态。

2.非阻塞IO

系统调用阶段变为了非阻塞(轮训) 有一个等待的阶段(copy data)    轮训的阶段是比较消耗资源的

当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个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。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回

所以事实上，在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就说非阻塞IO不会交出CPU，而会一直占用CPU。

• 典型的非阻塞IO模型一般如下：

while(true){

   data = socket.read();

   if(data!= error){

       处理数据

       break;

   }

　　但是对于非阻塞IO就有一个非常严重的问题，在while循环中需要不断地去询问内核数据是否就绪，这样会导致CPU占用率非常高，因此一般情况下很少使用while循环这种方式来读取数据。

3.多路复用IO

利用select或者epoll来监管多个程序 一旦某个程序需要的数据存在于内存中了 那么立刻通知该程序去取即可

• 描述:

主要是select和epoll；对一个IO端口，两次调用，两次返回，
比阻塞IO并没有什么优越性；关键是能实现同时对多个IO端口进行监听；

4.信号驱动IO模型

在信号驱动IO模型中，当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。这个一般用于UDP中，对TCP套接口几乎是没用的，原因是该信号产生得过于频繁，并且该信号的出现并没有告诉我们发生了什么事情

5.异步IO

只需要发起一次系统调用 之后无需频繁发送 有结果并准备好之后会通过异步回调机制反馈给调用者

• 描述:

异步IO模型才是最理想的IO模型，在异步IO模型中，当用户线程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从内核的角度，当它受到一个asynchronous read之后，它会立刻返回，说明read请求已经成功发起了，因此不会对用户线程产生任何block。然后，内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户线程，当这一切都完成之后，内核会给用户线程发送一个信号，告诉它read操作完成了。也就说用户线程完全不需要关心实际的整个IO操作是如何进行的，只需要先发起一个请求，当接收内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成，可以直接去使用数据了。

也就说在异步IO模型中，IO操作的两个阶段都不会阻塞用户线程，这两个阶段都是由内核自动完成，然后发送一个信号告知用户线程操作已完成。用户线程中不需要再次调用IO函数进行具体的读写。这点是和信号驱动模型有所不同的，在信号驱动模型中，当用户线程接收到信号表示数据已经就绪，然后需要用户线程调用IO函数进行实际的读写操作；而在异步IO模型中，收到信号表示IO操作已经完成，不需要再在用户线程中调用iO函数进行实际的读写操作。

三:5种I/O模型的比较