浅析IO模型

目录

• 概念
• IO模型
  • 同步阻塞IO
  • 同步非阻塞IO
  • 多路复用IO
  • 信号驱动IO
  • 异步非阻塞IO

概念

谈论模型之前，先了解一下相关的概念知识，扩展一下深度。

• IO如何交互呢？ 对于一个应用程序即一个操作系统进程来说，它既有内核空间(与其他进程共享),也有用户空间(进程私有)，它们都是处于虚拟地址空间中。用户进程是无法访问内核空间的，它只能访问用户空间，通过用户空间去内核空间复制数据，然后进行处理。 日常用户进程获取数据，IO主要分为两个阶段：

1. 从磁盘空间到内核空间；
2. 从内核空间到用户空间；

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IO模型

同步阻塞IO

• 概念：用户进程一旦发送请求，就一直处于等待状态，直至有数据返回。
• 场景：商场试衣间，如果此时试衣间里存在顾客试衣服，那么你只能选择一直在门外等着，直到他开门结束。
• 请求过程：

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同步非阻塞IO

• 概念：用户进程一旦发送请求，只要数据没有返回，就会间隔时间发送请求，直到有数据返回结束。
• 场景：商场试衣间有人试衣服，你就间隔一段时间过来看看试衣间是否有人，直到他出来为止。
• 请求过程：

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多路复用IO

• 概念：多路指多个TCP连接(即socket或者channel）,复用指复用一个或几个线程。意思说一个或一组线程处理多个连接；
• 场景：餐厅点餐时，取餐处会是存在一个屏幕，显示点餐号，工作人员根据上面的点餐号备餐，所有请求都交个该屏幕处理；
• 请求过程：

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信号驱动IO

• 概念： 当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。
• 场景：餐厅点餐时，取餐处会是存在一个屏幕，显示以备好餐的取餐号并提示对应顾客前去取餐；工作人员备餐期间，顾客可以根据自己的意愿做其余事情。
• 请求过程：

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异步非阻塞IO

• 概念：用户进程进行aio_read系统调用之后，无论内核数据是否准备好，都会直接返回给用户进程，然后用户态进程可以去做别的事情。等到socket数据准备好了，内核直接复制数据给进程，然后从内核向进程发送通知。IO两个阶段，进程都是非阻塞的。
• 场景：项目组长安排好开发任务并安排下去，开发人员完成任务回复，自己不用关心如何设计实现的产品需求；
• 请求过程：

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