五种I/O模型

I/O模型

Unix可用的五个I/O模型的基本区别：

• 阻塞I/O
• 非阻塞I/O
• I/O复用
• 信号驱动I/O
• 异步I/O

一个输入操作通常包括两个阶段：

• 等待数据准备好
• 从内核向进程复制数据

        对于一个套接字上的输入操作，第一步通常涉及等待数据从网络中到达。当所等待数据到达时，它被复制到内核中的某个缓冲区。第二步就是把数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区。

阻塞I/O模型

        进程调用recvfrom，此系统调用直到数据报达到且拷贝到应用缓冲区或是出错才返回。

        进程阻塞的整段时间是指从调用recvfrom开始到它返回的这段时间。

        recvfrom() 用于接收 Socket 传来的数据，并复制到应用进程的缓冲区 buf 中。这里把 recvfrom() 当成系统调用。

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

非阻塞I/O模型

应用程序执行系统调用后，内核返回一个错误。应用程序可以继续执行，不断执行系统调用来询问I/O是否完成的过程称为轮询。CPU利用效率低。

I/O复用模型

使用 select 或者 poll 等待数据，并且可以等待多个套接字中的任何一个变为可读。这一过程会被阻塞，当某一个套接字可读时返回，之后再使用 recvfrom 把数据从内核复制到进程中。

它可以让单个进程具有处理多个 I/O 事件的能力。又被称为 Event Driven I/O，即事件驱动 I/O。

如果一个 Web 服务器没有 I/O 复用，那么每一个 Socket 连接都需要创建一个线程去处理。如果同时有几万个连接，那么就需要创建相同数量的线程。相比于多进程和多线程技术，I/O 复用不需要进程线程创建和切换的开销，系统开销更小。

信号驱动I/O模型

        应用程序使用系统调用sigaction，内核立即返回，应用进程继续工作，这个是非阻塞的。内核在数据到达时向应用进程发送 SIGIO 信号，应用进程在信号处理程序中调用recvfrom把数据报拷贝到应用进程中。

        相比于非阻塞式 I/O 的轮询方式，信号驱动 I/O 的 CPU 利用率更高。

异步I/O模型

        应用进程执行 aio_read 系统调用会立即返回，应用进程可以继续执行，不会被阻塞，内核会在所有操作完成之后向应用进程发送信号。

        异步I/O是由内核通知我们I/O操作何时完成。信号驱动I/O是由内核通知我们何时可以启动一个I/O操作。

• 同步 I/O：将数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区的阶段（第二阶段），应用进程会阻塞。
• 异步 I/O：第二阶段应用进程不会阻塞。

非阻塞式 I/O 、信号驱动 I/O 和异步 I/O 在第一阶段不会阻塞。

同步 I/O 包括阻塞式 I/O、非阻塞式 I/O、I/O 复用和信号驱动 I/O ，它们的主要区别在第一个阶段。

 

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