【Linux网络编程】高效I/O--I/O的五种类型

目录

I/O的概念 

网络通信的本质

I/O的本质 

高效I/O 

五种I/O模型 

阻塞I/O 

非阻塞I/O 

信号驱动I/O 

多路转接/多路复用I/O

异步I/O 

非阻塞I/O的实现

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I/O的概念 

网络通信的本质

网络通信的本质其实就是I/O

• I：表示input(输入)
• O：表示output（输出）
• 网络通信时，双方主机中的两个进程本质上就是从套接字中拿取或放入数据，它们的本质是I/O
• 网络中的各种协议，本质上就是规定网络通信时是如何I/O的

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I/O的本质 

我们所谈的I/O，都是站在内存的角度

• 对于输入来说，本质就是数据从外设放到内存里
• 对于输出来说，本质上就是数据从内存到外设里
• 以读文件为例，本质上不就是把磁盘上的文件数据读取到内存中 

I/O的本质：I/O = 等 + 拷贝

• 以recv为例，我们调用recv的时候，若内核发送缓冲区中没有数据，那么执行流会进行阻塞等待。 若内核发送缓冲区中有了数据，那么recv会把数据拷贝到用户层
• 其实不管是哪些函数，printf/scanf/read/write....，它们都会进行等待以及拷贝。所以I/O的本质是等+拷贝
• 等：本质上就是等待I/O的条件就绪

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高效I/O 

I/O = 等 + 拷贝，所以I/O的时间是由等的时间和拷贝的时间决定的，什么叫做高效I/O呢？

• 对于拷贝的时间，我们是无法从软件方面进行优化的，因为拷贝的速度是由硬件架构所决定的
• 对于等待的时间，我们可以从软件方面优化 
• 所以我们所说的I/O效率比较低，大多数情况指的是I/O的等待时间较长

所以对于高效的I/O来说，就是尽可能的减少等待的时间， 即单位时间内，等的比重越低，那么I/O的效率越高！

程序员进行编程时，什么叫做高效的代码？

• 减少I/O的比重
• 若无法减少I/O的比重，那么尽可能把I/O进行等待的时间利用起来

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五种I/O模型 

从理论回归到日常生活，其实我们日常生活中是有与I/O非常相似的例子，例如钓鱼

• I/O = 等 + 拷贝，钓鱼 = 等 + 钓

 当我们去钓鱼的时候，首先把鱼钩丢入湖水中，然后一直等待，直到鱼咬钩就把鱼拉上来，放入到水桶中

• 湖水类比OS内部缓冲区
• 水桶类比用户缓冲区
• 鱼类比数据
• 鱼钩/鱼竿类比一个sockfd 

接下来让我们从钓鱼的角度理解五种I/O模型

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阻塞I/O 

阻塞I/O：

• 你把鱼钩和鱼饵放入水中后，完全专注于等待鱼上钩，整个过程中你什么也不做，无法去干其他事情。如果没有鱼上钩，你只能继续等，直到鱼上钩为止。
• 在阻塞I/O模型中，程序在发起I/O请求后，会被阻塞（即停下来）直到I/O完成。程序不能做其他事情，必须等到数据完全准备好才会继续运行。
• 这是最简单也是最直观的I/O模型，最常见于简单的单线程程序中。它的缺点是等待期间资源不能被其他任务使用，效率较低。

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非阻塞I/O