五种I/O模型

本文详细介绍了计算机系统中的各种I/O模型,包括阻塞I/O、非阻塞I/O、信号驱动I/O、I/O复用及异步I/O等,并通过生动的例子帮助理解每种模型的特点。

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一个I/O分为两步:1、等待数据就绪 2、数据搬迁

阻塞I/O:应用程序调用一个IO函数,导致应用程序阻塞,等待数据准备好。如果数据没有准备好,一直等待。数据准备好了,从内核拷贝到用户空间。

例:一个人去钓鱼,等待鱼钩的同时什么都不做,如果鱼上钩就亲自把鱼放到桶里。

非阻塞I/O:我们把一个套接口设置为非阻塞就是告诉内核,当所请求的I/O操作无法完成时,不要将进程睡眠,而是返回一个错误。这样我们的I/O操作函数将不断的测试 数据是否已经准备好,如果没有准备好,继续测试,直到数据准备好为止。在这个不断测试的过程中,会大量的占用CPU的时间。

例:一个人去钓鱼,等待鱼钩的同时可以做别的事,如果鱼上钩就亲自把鱼放到桶里。

信号驱动I/O:首先我们允许套接口进行信号驱动I/O,并安装一个信号处理函数,进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时,进程会收到一个SIGIO信号,可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。

例:钓鱼时在鱼竿上放个铃铛,鱼上钩时铃铛会响提醒钓鱼者拿鱼,否则钓鱼者可做别的事。
因果逆置,数据就绪了提醒我来拿数据。

I/O复用:I/O复用模型会用到select或者poll函数,这两个函数也会使进程阻塞,但是和阻塞I/O所不同的的,这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个读操作,多个写操作的I/O函数进行检测,直到有数据可读或可写时,才真正调用I/O操作函数。

例:钓鱼者用多个鱼竿来钓鱼,钓到后亲自放到桶里,这样钓到鱼的概率更大。
一次等待多个数据就绪,降低等待时间。

异步I/O:调用aio_read函数,告诉内核描述字,缓冲区指针,缓冲区大小,文件偏移以及通知的方式,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。

例:A将钓鱼这个任务交给B,B钓到鱼并放到桶里通知A,此期间A在做别的事。
即异步I/O只需发起事件,不用亲自拿数据。

总结:

同步I/O与异步I/O的区别:
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阻塞I/O与非阻塞I/O的区别:

等待方式不同,阻塞式在等待的同时什么都不做,非阻塞式在等待的同时可以做别的事。

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