5.1阻塞和非阻塞、同步和异步 5.2Unix、Linux上的五种IO模型

最新推荐文章于 2025-11-25 07:55:33 发布

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文章详细阐述了IO操作的两个阶段——数据就绪和数据读写，并区分了阻塞和非阻塞、同步和异步的概念。在Unix和Linux系统中，存在五种IO模型：阻塞IO、非阻塞IO、IO复用（如select/poll/epoll）、信号驱动IO和异步IO。异步IO如aio_read允许应用立即返回，由内核在数据准备就绪后通知应用程序。

5.1阻塞和非阻塞、同步和异步

典型的一次IO的两个阶段是什么？数据就绪和数据读写
数据就绪：根据IO操作的就绪状态

阻塞
非阻塞

数据读写：根据应用程序和内核的交互方式

同步
异步

在这里插入图片描述

陈硕：在处理IO的时候，阻塞和非阻塞都是同步IO，只有使用了特殊的API才是异步IO。
在这里插入图片描述
一个典型的网络接口调用，分为两个阶段，分别是“数据就绪”和“数据读写”，数据就绪阶段分成阻塞和非阻塞，表现得结果就是，阻塞当前线程或是直接返回。

同步表示A向B请求调用一个网络IO接口时（或者调用某个业务逻辑API接口时），数据的读写都是由请求方A自己来完成的（不管是阻塞还是非阻塞）；异步表示A向B请求调用一个网络IO接口时（或者调用某个业务逻辑API接口时），向B传入请求的事件以及事件发生时通知的方式，A就可以处理其他逻辑了，当B监听到事件处理完成后，会用事先约定好的通知方式，通知A处理结果。

同步阻塞
同步非阻塞
异步阻塞
异步非阻塞

5.2Unix、Linux上的五种IO模型

阻塞、非阻塞是与文件描述符fd有关的。

阻塞blocking

调用者调用了某个函数，等待这个函数返回，期间什么也不做，不停的去检查这个函数有没有返回，必须等这个函数返回才能进行下一步动作。

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非阻塞non-blocking(NIO)

非阻塞等待，每隔一段时间就去检测IO事件是否就绪，没有就绪就可以做其他事。非阻塞IO执行系统调用总是立即返回，不管事件是否已经发生，若事件没有发生，则返回-1，此时可以根据errno区分着两种情况，对于accept，recv和send，事件未发生时，errno通常被设置成EAGAIN。

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IO复用（IO multicomplexing）

Linux用select/poll/epoll函数实现IO复用模型，这些函数也会使进程阻塞，但是和阻塞IO所不同的是这些函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测。直到有数据可读或可写时，才真正调用IO操作函数。

在这里插入图片描述

信号驱动(signal-driven)

Linux用套接口进行信号驱动IO，安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞，当IO事件就绪，进程收到SIGIO信号，然后处理IO事件。
在这里插入图片描述
内核在第一个阶段是异步，在第二个阶段是同步；与非阻塞IO的区别在于它提供了消息通知机制，不需要用户进程不断地轮询检查，减少了系统API的调用次数，提高了效率。

异步(asynchronous)

Linux中，可以调用aio_read函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方式，然后立即返回，当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。
在这里插入图片描述

//异步 IO控制块
struct aiocb{
	int aio_filders;
	int aio_lio_opcode;
	int aio_reqprio;
	volatile void *aio_buf;
	size_t aio_nbytes;
	struct sigevent aio_sigevent;
	
	struct aiocb *_next_prio;
	int __abs_prio;
	int __policy;
	int __error_code;
	__ssize_t __return_value;
	
#ifndef __USE_FILE_OFFSET64
	__off_t aio_offset; /* File offset. */
	char __pad[sizeof (__off64_t) - sizeof (__off_t)];
#else
	__off64_t aio_offset; /* File offset. */
#endif
	char __glibc_reserved[32];
};