【Linux | 网络I/O模型】五种网络I/O模型详解

1、数据传输过程

        在 Linux 系统中，数据传输是通过 I/O 操作来实现的。I/O 操作是指数据从应用程序到内核，再到硬件设备（如磁盘、网络接口）的过程。 操作系统为了保护自己，设计了用户态、内核态两个状态。应用程序一般工作在用户态，当调用一些底层操作的时候（比如 IO 操作），就需要切换到内核态才可以进行。

服务器从网络接收的大致流程如下：

• 数据通过计算机网络传到网卡
• 把网卡的数据读取到socket缓冲区
• 把socket缓冲区读取到用户缓冲区，之后应用程序就可以使用

核心就是两次读取操作，五种网络 IO 模型的不同之处也就在于这两个读取操作怎么交互。

2、两组重要概念

阻塞（Blocking）与非阻塞（Non-Blocking）

1. 阻塞

• 定义：在阻塞模式下，当一个操作无法立即完成时，程序会被挂起，直到操作完成。这意味着在操作完成之前，程序会一直等待，不能继续执行其他任务。

• 特性：

  • 等待：阻塞调用会使调用线程等待操作完成。
  • 简单：编程模型较简单，易于理解和实现。
  • 效率：在等待期间，线程无法做其他有用的工作，可能导致资源浪费。

• 例子：

  • 文件读取：如果应用程序调用 read() 从文件中读取数据，但文件中没有数据，线程会阻塞，直到有数据可读。
  • 网络请求：如果应用程序发起网络请求，线程会阻塞，直到收到响应。

2. 非阻塞

• 定义：在非阻塞模式下，当一个操作无法立即完成时，程序不会被挂起，而是立即返回。程序可以继续执行其他操作，并定期检查操作是否完成。

• 特性：

  • 立即返回：非阻塞调用会立即返回，无论操作是否完成。
  • 复杂：编程模型较复杂，需要轮询或回调机制来检查操作状态。
  • 效率：可以在等待期间执行其他任务，利用 CPU 资源更高效。

• 例子：

  • 文件读取：如果应用程序调用 read() 并且文件中没有数据，调用会立即返回，应用程序需要再次调用 read() 以获取数据。
  • 网络请求：在非阻塞网络编程中，程序发起请求后立即返回，程序通过轮询或事件机制来处理响应。

同步（Synchronous）与异步（Asynchronous）</