【高级IO】五种IO模型

IO的本质

IO = 等待 + 拷贝

• 要进行拷贝，必须先判断条件成立，等待就是等待数据就绪和条件成立
• 拷贝就是用户在进行读写操作时本质是把数据进行拷贝

高效的IO是在单位时间内，等待的比重越小，效率就越高。几乎所有的提高IO效率的策略，本质就是这个

五种IO模型

1.阻塞IO

阻塞IO是最常见的IO模型.

2.非阻塞IO

非阻塞IO: 如果内核还未将数据准备好, 系统调用仍然会直接返回, 并且返回EWOULDBLOCK错误码 

非阻塞IO往往需要程序员循环的方式反复尝试读写文件描述符, 这个过程称为轮询. 这对CPU来说是较大的浪费, 一般只有特定场景下才使用.

3.信号驱动IO

信号驱动IO: 内核将数据准备好的时候, 使用SIGIO信号通知应用程序进行IO操作

4.多路转接IO

多路转接（多路复用）是一种IO模型，它允许单个进程或线程同时监听多个文件描述符（如套接字、管道等）的状态变化，从而能够处理多个IO事件。

5.异步IO

异步IO: 由内核在数据拷贝完成时, 通知应用程序(而信号驱动是告诉应用程序何时可以开始拷贝数据)；也是一种允许程序在等待I/O操作完成的同时继续执行其他任务的编程技术。它的核心在于非阻塞I/O操作，即I/O请求不会阻塞程序的执行。

1. 程序发起一个异步I/O请求，告诉操作系统需要执行某个I/O操作（如读取文件、发送网络请求等）。
2. 请求发起后，程序不会等待操作完成，而是继续执行其他任务。操作系统将I/O请求放入队列，并开始处理该请求。
3. 当I/O操作完成后，操作系统会通知程序，并可能通过回调函数或其他机制将结果返回给程序。

总结：

• 1~4种模型都是同步IO，第5种是异步IO
• 任何IO过程中, 都包含两个步骤. 第一是等待, 第二是拷贝. 而且在实际的应用场景中, 等待消耗的时间往往都远远高于拷贝的时间. 让IO更高效, 最核心的办法就是让等待的时间尽量少 

同步通信 vs 异步通信

同步和异步关注的是消息通信机制.

• 所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回. 但是一旦调用返回，就得到返回值了; 换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果;
• 异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果; 换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果; 而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用.

总的来说，所谓同步异步就看有没有参与，参与了就是同步，没参与只是发起者就是异步

另外, 我们回忆在讲多进程多线程的时候, 也提到同步和互斥. 这里的同步通信和线程同步是完全不想干的概念
进程/线程同步也是进程/线程之间直接的制约关系，是为完成某种任务而建立的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系. 尤其是在访问临界资源的时候
以后在看到 "同步" 这个词, 一定要先搞清楚大背景是什么. 这个同步, 是同步通信异步通信的同步, 还是同步与互斥的同步

阻塞 vs 非阻塞

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.

• 阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起. 调用线程只有在得到结果之后才会返回.
• 非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程.