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  • [转,讲的超级好]幽默讲解linux的Socket_IO模型(原文提供的代码似乎好多都有问题)

    前言
    之前有看到用很幽默的方式讲解Windows的socket IO模型,
    借用这个故事,讲解下linux的socket IO模型;

    老陈有一个在外地工作的女儿,不能经常回来,老陈和她通过信件联系。
    他们的信会被邮递员投递到他们小区门口的收发室里。这和Socket模型非常类似。
    下面就以老陈接收信件为例讲解linux的 Socket I/O模型。

    一、同步阻塞模型
    老陈的女儿第一次去外地工作,送走她之后,老陈非常的挂心她安全到达没有;
    于是老陈什么也不干,一直在小区门口收发室里等着她女儿的报平安的信到;

    这就是linux的同步阻塞模式;
    在这个模式中,用户空间的应用程序执行一个系统调用,并阻塞,
    直到系统调用完成为止(数据传输完成或发生错误)。

    Socket设置为阻塞模式,当socket不能立即完成I/O操作时,进程或线程进入等待状态,直到操作完成。
    如图1所示:





    /*
     * rief
     * tcp client
     */


    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netdb.h>
    #include <string.h>
    #define SERVPORT 8080
    #define MAXDATASIZE 100


    int main(int argc, char *argv[])
    {
      int sockfd, recvbytes;
      char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */
      char snd_buf[MAXDATASIZE];
      struct hostent *host;             /* struct hostent
                                         * {
                                         * char *h_name; // general hostname
                                         * char **h_aliases; // hostname's alias
                                         * int h_addrtype; // AF_INET
                                         * int h_length; 
                                         * char **h_addr_list;
                                         * };
                                         */
      struct sockaddr_in server_addr;


      if (argc < 3)
      {
        printf("Usage:%s [ip address] [any string] ", argv[0]);
        return 1;
      }


      *snd_buf = '';
      strcat(snd_buf, argv[2]);


      if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
      {
        perror("socket:");
        exit(1);
      }


      server_addr.sin_family = AF_INET;
      server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
      inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);
      memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);


      /* create the connection by socket 
       * means that connect "sockfd" to "server_addr"
       * 同步阻塞模式 
       */
      if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
      {
        perror("connect");
        exit(1);
      }


      /* 同步阻塞模式  */
      if (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), 0) == -1)
      {
        perror("send:");
        exit(1);
      }
      printf("send:%s ", snd_buf);


       /* 同步阻塞模式  */
      if ((recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1)
      {
        perror("recv:");
        exit(1);
      }


      rcv_buf[recvbytes] = '';
      printf("recv:%s ", rcv_buf);


      close(sockfd);
      return 0;
    }

    显然,代码中的connect, send, recv都是同步阻塞工作模式,
    在结果没有返回时,程序什么也不做。
    这种模型非常经典,也被广泛使用。
    优势在于非常简单,等待的过程中占用的系统资源微乎其微,程序调用返回时,必定可以拿到数据;
    但简单也带来一些缺点,程序在数据到来并准备好以前,不能进行其他操作,
    需要有一个线程专门用于等待,这种代价对于需要处理大量连接的服务器而言,是很难接受的。

    二、同步非阻塞模型
    收到平安信后,老陈稍稍放心了,就不再一直在收发室前等信;
    而是每隔一段时间就去收发室检查信箱;
    这样,老陈也能在间隔时间内休息一会,或喝杯荼,看会电视,做点别的事情;

    这就是同步非阻塞模型;
    同步阻塞 I/O 的一种效率稍低的变种是同步非阻塞 I/O。
    在这种模型中,系统调用是以非阻塞的形式打开的。
    这意味着 I/O 操作不会立即完成, 操作可能会返回一个错误代码,
    说明这个命令不能立即满足(EAGAIN 或 EWOULDBLOCK),
    非阻塞的实现是 I/O 命令可能并不会立即满足,需要应用程序调用许多次来等待操作完成。
    这可能效率不高,
    因为在很多情况下,当内核执行这个命令时,应用程序必须要进行忙碌等待,直到数据可用为止,或者试图执行其他工作。
    因为数据在内核中变为可用到用户调用 read 返回数据之间存在一定的间隔,这会导致整体数据吞吐量的降低。
    如图2所示:



    /*
     * rief
     * tcp client
     */


    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <errno.h>
    #include <netdb.h>
    #include <string.h>
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>

    #define SERVPORT 8080
    #define MAXDATASIZE 100

    int main(int argc, char *argv[])
    {
      int sockfd, recvbytes;
      char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */
      char snd_buf[MAXDATASIZE];
      struct hostent *host;             /* struct hostent
                                         * {
                                         * char *h_name; // general hostname
                                         * char **h_aliases; // hostname's alias
                                         * int h_addrtype; // AF_INET
                                         * int h_length; 
                                         * char **h_addr_list;
                                         * };
                                         */
      struct sockaddr_in server_addr;
      int flags;
      int addr_len;


      if (argc < 3)
      {
        printf("Usage:%s [ip address] [any string] ", argv[0]);
        return 1;
      }


      *snd_buf = '';
      strcat(snd_buf, argv[2]);


      if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
      {
        perror("socket:");
        exit(1);
      }


      server_addr.sin_family = AF_INET;
      server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
      inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);
      memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);
      addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);


      /* Setting socket to nonblock */
      flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
      fcntl(sockfd, flags|O_NONBLOCK);


      /* create the connection by socket 
       * means that connect "sockfd" to "server_addr"
       * 同步阻塞模式  
      */
      if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
      {
        perror("connect");
        exit(1);
      }


      /* 同步非阻塞模式 */
      while (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), MSG_DONTWAIT) == -1)
      {
        sleep(10);
        printf("sleep ");
      }
      printf("send:%s ", snd_buf);

      /* 同步非阻塞模式 */
      while ((recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, MSG_DONTWAIT)) == -1)
      {
        sleep(10);
        printf("sleep ");
      }


      rcv_buf[recvbytes] = '';
      printf("recv:%s ", rcv_buf);


      close(sockfd);
      return 0;
    }

    这种模式在没有数据可以接收时,可以进行其他的一些操作,
    比如有多个socket时,可以去查看其他socket有没有可以接收的数据;
    实际应用中,这种I/O模型的直接使用并不常见,因为它需要不停的查询,
    而这些查询大部分会是无必要的调用,白白浪费了系统资源;
    非阻塞I/O应该算是一个铺垫,为I/O复用和信号驱动奠定了非阻塞使用的基础。


    我们可以使用 fcntl(fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK); 
    将套接字标志变成非阻塞,调用recv,
    如果设备暂时没有数据可读就返回-1,同时置errno为EWOULDBLOCK(或者EAGAIN,这两个宏定义的值相同),
    表示本来应该阻塞在这里(would block,虚拟语气),事实上并没有阻塞而是直接返回错误,调用者应该试着再读一次(again)。
    这种行为方式称为轮询(Poll),调用者只是查询一下,而不是阻塞在这里死等,这样可以同时监视多个设备:

    while(1)
    {
      非阻塞read(设备1);
      if(设备1有数据到达)
        处理数据;

      非阻塞read(设备2);
      if(设备2有数据到达)
        处理数据;

      ..............................
    }

    如果read(设备1)是阻塞的,那么只要设备1没有数据到达就会一直阻塞在设备1的read调用上,
    即使设备2有数据到达也不能处理,使用非阻塞I/O就可以避免设备2得不到及时处理。
    非阻塞I/O有一个缺点,如果所有设备都一直没有数据到达,调用者需要反复查询做无用功,如果阻塞在那里,
    操作系统可以调度别的进程执行,就不会做无用功了,在实际应用中非阻塞I/O模型比较少用

    三、I/O复用(异步阻塞)模式
    频繁地去收发室对老陈来说太累了,在间隔的时间内能做的事也很少,而且取到信的效率也很低.
    于是,老陈向小区物业提了建议;
    小区物业改进了他们的信箱系统:
    住户先向小区物业注册,之后小区物业会在已注册的住户的家中添加一个提醒装置,
    每当有注册住房的新的信件来临,此装置会发出 "新信件到达"声,
    提醒老陈去看是不是自己的信到了。


    这就是异步阻塞模型;
    在这种模型中,配置的是非阻塞 I/O,然后使用阻塞 select 系统调用来确定一个 I/O 描述符何时有操作。
    使 select 调用非常有趣的是它可以用来为多个描述符提供通知,而不仅仅为一个描述符提供通知。
    对于每个提示符来说,我们可以请求这个描述符可以写数据、有读数据可用以及是否发生错误的通知

    I/O复用模型能让一个或多个socket可读或可写准备好时,应用能被通知到;
    I/O复用模型早期用select实现,它的工作流程如下图:
    图3



    用select来管理多个I/O,当没有数据时select阻塞,如果在超时时间内数据到来则select返回,
    再调用recv进行数据的复制,recv返回后处理数据。


    下面的C语言实现的例子,它从网络上接受数据写入一个文件中:
    /*
     * rief
     * tcp client
     */

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <sys/select.h>
    #include <sys/time.h>
    #include <netdb.h>
    #include <string.h>

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #define SERVPORT 8080
    #define MAXDATASIZE 100
    #define TFILE "data_from_socket.txt"

    int main(int argc, char *argv[])
    {
      int sockfd, recvbytes;
      char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */
      char snd_buf[MAXDATASIZE];
      struct hostent *host;             /* struct hostent
                                         * {
                                         * char *h_name; // general hostname
                                         * char **h_aliases; // hostname's alias
                                         * int h_addrtype; // AF_INET
                                         * int h_length; 
                                         * char **h_addr_list;
                                         * };
                                         */
      struct sockaddr_in server_addr;

      /* */
      fd_set readset, writeset;
      int check_timeval = 1;
      struct timeval timeout={check_timeval,0}; //阻塞式select, 等待1秒,1秒轮询
      int maxfd;
      int fp;
      int cir_count = 0;
      int ret;

      if (argc < 3)
      {
        printf("Usage:%s [ip address] [any string] ", argv[0]);
        return 1;
      }

      *snd_buf = '';
      strcat(snd_buf, argv[2]);

      if ((fp = open(TFILE,O_WRONLY)) < 0)    //不是用fopen
      {
        perror("fopen:");
        exit(1);
      }

      if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
      {
        perror("socket:");
        exit(1);
      }

      server_addr.sin_family = AF_INET;
      server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
      inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);
      memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);


      /* create the connection by socket 
       * means that connect "sockfd" to "server_addr"
       */
      if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
      {
        perror("connect");
        exit(1);
      }




      /**/
      if (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), 0) == -1)
      {
        perror("send:");
        exit(1);
      }
      printf("send:%s ", snd_buf);

      while (1)
      {
        FD_ZERO(&readset);            //每次循环都要清空集合,否则不能检测描述符变化
        FD_SET(sockfd, &readset);     //添加描述符       
        FD_ZERO(&writeset);
        FD_SET(fp,     &writeset);


        maxfd = sockfd > fp ? (sockfd+1) : (fp+1);    //描述符最大值加1


        ret = select(maxfd, &readset, NULL, NULL, NULL);   // 阻塞模式
        switch( ret)
        {
          case -1:
            exit(-1);
            break;
          case 0:
            break;
          default:
            if (FD_ISSET(sockfd, &readset))  //测试sock是否可读,即是否网络上有数据
            {
              recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, MSG_DONTWAIT);
              rcv_buf[recvbytes] = '';
              printf("recv:%s ", rcv_buf);


              if (FD_ISSET(fp, &writeset))
              {
                write(fp, rcv_buf, strlen(rcv_buf));   // 不是用fwrite
              }
              goto end;
            }
        }
        cir_count++;
        printf("CNT : %d ",cir_count);
      }


    end:
      close(fp);
      close(sockfd);




      return 0;
    }

    perl实现:
    #! /usr/bin/perl
    ###############################################################################
    # File
    #  tcp_client.pl
    # Descript
    #  send message to server
    ###############################################################################
    use IO::Socket;
    use IO::Select;




    #hash to install IP Port
    %srv_info =(
    #"srv_ip"  => "61.184.93.197",
          "srv_ip"  => "192.168.1.73",
          "srv_port"=> "8080",
          );

    my $srv_addr = $srv_info{"srv_ip"};
    my $srv_port = $srv_info{"srv_port"};

    my $sock = IO::Socket::INET->new(
          PeerAddr => "$srv_addr",
          PeerPort => "$srv_port",
          Type     => SOCK_STREAM,
          Blocking => 1,
    #     Timeout  => 5,
          Proto    => "tcp")
    or die "Can not create socket connect. $@";

    $sock->send("Hello server! ", 0) or warn "send failed: $!, $@";
    $sock->autoflush(1);

    my $sel = IO::Select->new($sock);
    while(my @ready = $sel->can_read)
    {
      foreach my $fh(@ready)
      {
        if($fh == $sock)
        {
          while()
          {
            print $_;
          }
          $sel->remove($fh);
          close $fh;
        }
      }
    }
    $sock->close();

    四、信号驱动I/O模型
    老陈接收到新的信件后,一般的程序是:
    打开信封----掏出信纸 ----阅读信件----回复信件 ......
    为了进一步减轻用户负担,小区物业又开发了一种新的技术:
    住户只要告诉小区物业对信件的操作步骤,小区物业信箱将按照这些步骤去处理信件,
    不再需要用户亲自拆信 /阅读/回复了!

    这就是信号驱动I/O模型
    我们也可以用信号,让内核在描述字就绪时发送SIGIO信号通知我们。
    首先开启套接口的信号驱动 I/O功能,并通过sigaction系统调用安装一个信号处理函数。
    该系统调用将立即返回,我们的进程继续工作,也就是说没被阻塞。
    当数据报准备好读取时,内核就为该进程产生一个SIGIO信号,
    我们随后既可以在信号处理函数中调用recvfrom读取数据报,并通知主循环数据已准备好待处理,
    也可以立即通知主循环,让它读取数据报。


    无论如何处理SIGIO信号,这种模型的优势在于等待数据报到达期间,进程不被阻塞,主循环可以继续执行,
    只要不时地等待来自信号处理函数的通知:既可以是数据已准备好被处理,也可以是数据报已准备好被读取。

    五、异步非阻塞模式
    linux下的asynchronous IO其实用得很少。
    与前面的信号驱动模型的主要区别在于:信号驱动 I/O是由内核通知我们何时可以启动一个 I/O操作,
    而异步 I/O模型是由内核通知我们 I/O操作何时完成 。 
    先看一下它的流程:
    图5:

    这就是异步非阻塞模式
    以read系统调用为例
    steps:
    a. 调用read;
    b. read请求会立即返回,说明请求已经成功发起了。
    c. 在后台完成读操作这段时间内,应用程序可以执行其他处理操作。
    d. 当 read 的响应到达时,就会产生一个信号或执行一个基于线程的回调函数来完成这次 I/O 处理过程。

    /*
     * rief
     * tcp client
     */

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <sys/select.h>
    #include <sys/time.h>
    #include <netdb.h>
    #include <string.h>

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #define SERVPORT 8080
    #define MAXDATASIZE 100
    #define TFILE "data_from_socket.txt"




    int main(int argc, char *argv[])
    {
      int sockfd, recvbytes;
      char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */
      char snd_buf[MAXDATASIZE];
      struct hostent *host;             /* struct hostent
                                         * {
                                         * char *h_name; // general hostname
                                         * char **h_aliases; // hostname's alias
                                         * int h_addrtype; // AF_INET
                                         * int h_length; 
                                         * char **h_addr_list;
                                         * };
                                         */
      struct sockaddr_in server_addr;




      /* */
      fd_set readset, writeset;
      int check_timeval = 1;
      struct timeval timeout={check_timeval,0}; //阻塞式select, 等待1秒,1秒轮询
      int maxfd;
      int fp;
      int cir_count = 0;
      int ret;




      if (argc < 3)
      {
        printf("Usage:%s [ip address] [any string] ", argv[0]);
        return 1;
      }




      *snd_buf = '';
      strcat(snd_buf, argv[2]);




      if ((fp = open(TFILE,O_WRONLY)) < 0)    //不是用fopen
      {
        perror("fopen:");
        exit(1);
      }




      if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
      {
        perror("socket:");
        exit(1);
      }




      server_addr.sin_family = AF_INET;
      server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
      inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);
      memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);




      /* create the connection by socket 
       * means that connect "sockfd" to "server_addr"
       */
      if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
      {
        perror("connect");
        exit(1);
      }




      /**/
      if (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), 0) == -1)
      {
        perror("send:");
        exit(1);
      }
      printf("send:%s ", snd_buf);




      while (1)
      {
        FD_ZERO(&readset);            //每次循环都要清空集合,否则不能检测描述符变化
        FD_SET(sockfd, &readset);     //添加描述符       
        FD_ZERO(&writeset);
        FD_SET(fp,     &writeset);


        maxfd = sockfd > fp ? (sockfd+1) : (fp+1);    //描述符最大值加1


        ret = select(maxfd, &readset, NULL, NULL, &timeout);   // 非阻塞模式
        switch( ret)
        {
          case -1:
            exit(-1);
            break;
          case 0:
            break;
          default:
            if (FD_ISSET(sockfd, &readset))  //测试sock是否可读,即是否网络上有数据
            {
              recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, MSG_DONTWAIT);
              rcv_buf[recvbytes] = '';
              printf("recv:%s ", rcv_buf);




              if (FD_ISSET(fp, &writeset))
              {
                write(fp, rcv_buf, strlen(rcv_buf));   // 不是用fwrite
              }
              goto end;
            }
        }
        timeout.tv_sec = check_timeval;    // 必须重新设置,因为超时时间到后会将其置零


        cir_count++;
        printf("CNT : %d ",cir_count);
      }


    end:
      close(fp);
      close(sockfd);


      return 0;
    }


    server端程序:
    /*
     * rief
     * tcp server
     */
    #include <stdio.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #define SERVPORT 8080
    #define BACKLOG 10 // max numbef of client connection
    #define MAXDATASIZE 100




    int main(char argc, char *argv[])
    {
      int sockfd, client_fd, addr_size, recvbytes;
      char rcv_buf[MAXDATASIZE], snd_buf[MAXDATASIZE];
      char* val;
      struct sockaddr_in server_addr;
      struct sockaddr_in client_addr;
      int bReuseaddr = 1;




      char IPdotdec[20];




      /* create a new socket and regiter it to os .
       * SOCK_STREAM means that supply tcp service, 
       * and must connect() before data transfort.
       */
      if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
      {
        perror("socket:");
        exit(1);
      }


      /* setting server's socket */
      server_addr.sin_family = AF_INET;         // IPv4 network protocol
      server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);
      server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // auto IP detect
      memset(&(server_addr.sin_zero),0, 8);


      setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)&bReuseaddr, sizeof(int));
      if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr))== -1)
      {
        perror("bind:");
        exit(1);
      }


      /* 
       * watting for connection , 
       * and server permit to recive the requestion from sockfd 
       */
      if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) // BACKLOG assign thd max number of connection
      {
        perror("listen:");
        exit(1);                                                                 
      }                                                                          
                                                                                 
      while(1)                                                                   
      {                                                                          
        addr_size = sizeof(struct sockaddr_in);                                  
                                                                                 
        /*                                                                       
         * accept the sockfd's connection,                                       
         * return an new socket and assign far host to client_addr               
         */                                                                      
        printf("watting for connect... ");                                      
        if ((client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_size)) == -1)   
        {                                                                        
          /* Nonblocking mode */                                                 
          perror("accept:");                                                     
          continue;                                                              
        }                                                                        
                                                                                 
        /* network-digital to ip address */                                      
        inet_ntop(AF_INET, (void*)&client_addr, IPdotdec, 16);                   
        printf("connetion from:%d : %s ",client_addr.sin_addr, IPdotdec);       
                                                                                 
        //if (!fork())                                                           
        {                                                                        
          /* child process handle with the client connection */                  
                                                                                 
          /* recive the client's data by client_fd */                            
          if ((recvbytes = recv(client_fd, rcv_buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1)      
          {                                                                      
            perror("recv:");                                                     
            exit(1);                                                             
          }                                                                      
          rcv_buf[recvbytes]='';                                               
          printf("recv:%s ", rcv_buf);                                          
                                                                                 
                                                                                 
          *snd_buf='';                                                         
          strcat(snd_buf, "welcome");                                            
                                                                                 
          sleep(3);                                                              
          /* send the message to far-hosts by client_fd */                       
          if (send(client_fd, snd_buf, strlen(snd_buf), 0) == -1)                
          {                                                                      
            perror("send:");                                                     
            exit(1);                                                             
          }                                                                      
          printf("send:%s ", snd_buf);                                          
                                                                                 
          close(client_fd);                                                      
          //exit(1);                                                             
        }                                                                        
                                                                                 
        //close(client_fd);                                                      
      }


      return 0;                                                                  
    }       




    用户进程发起read操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。
    而另一方面,从kernel的角度,当它受到一个asynchronous read之后,首先它会立刻返回,
    所以不会对用户进程产生任何block。
    然后,kernel会等待数据准备完成,然后将数据拷贝到用户内存,当这一切都完成之后,
    kernel会给用户进程发送一个signal,告诉它read操作完成了。

    六、总结
    到目前为止,已经将四个IO Model都介绍完了。
    现在回过头来回答两个问题:
    . blocking和non-blocking的区别在哪?
    . synchronous IO和asynchronous IO的区别在哪。 


    先回答最简单的这个:blocking vs non-blocking。
    前面的介绍中其实已经很明确的说明了这两者的区别。
    . 调用blocking IO会一直block住对应的进程直到操作完成,
    . 而non-blocking IO在kernel还在准备数据的情况下会立刻返回。

    在说明synchronous IO和asynchronous IO的区别之前,需要先给出两者的定义。
    Stevens给出的定义(其实是POSIX的定义)是这样子的: 
    . A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that  I/O operation completes; 
    . An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;   

    两者的区别就在于:
      synchronous IO做”IO operation”的时候会将process阻塞。

    按照这个定义,之前所述的blocking IO,non-blocking IO,IO multiplexing都属于synchronous IO。
    有人可能会说,non-blocking IO并没有被block啊。这里有个非常“狡猾”的地方,

    定义中所指的”IO operation”是指真实的IO操作,就是例子中的recvfrom这个system call。
    . non-blocking IO在执行recvfrom这个system call的时候,如果kernel的数据没有准备好,这时候不会block进程。
      但是,当kernel中数据准备好的时候,recvfrom会将数据从kernel拷贝到用户内存中,
     这个时候进程是被block了,在这段时间内,进程是被block

    . 而asynchronous IO则不一样,当进程发起IO 操作之后,就直接返回再也不理睬了,
      直到kernel发送一个信号,告诉进程说IO完成。在这整个过程中,进程完全没有被block


    各个IO Model的比较如图所示:
    图6


    经过上面的介绍,会发现non-blocking IO和asynchronous IO的区别还是很明显的:
    .  在non-blocking IO中,虽然进程大部分时间都不会被block,但是它仍然要求进程去主动的check,
       并且当数据准备完成以后,也需要进程主动的再次调用recvfrom来将数据拷贝到用户内存。

    .  而asynchronous IO则完全不同。它就像是用户进程将整个IO操作交给了他人(kernel)完成,
       然后他人做完后发信号通知。在此期间,用户进程不需要去检查IO操作的状态,也不需要主动的去拷贝数据。 


    最后,再举几个不是很恰当的例子来说明这五个IO Model: 
    有A,B,C,D,E五个人钓鱼: 
    . A用的是最老式的鱼竿,所以呢,得一直守着,等到鱼上钩了再拉杆; 
    . B的鱼竿有个功能,能够显示是否有鱼上钩,所以呢,B就和旁边的MM聊天,
      隔会再看看有没有鱼上钩,有的话就迅速拉杆; 
    . C用的鱼竿和B差不多,但他想了一个好办法,就是同时放好几根鱼竿,然后守在旁边,
      一旦有显示说鱼上钩了,它就将对应的鱼竿拉起来;
    . D是个有钱人,他没耐心等, 但是又喜欢钓上鱼的快感,所以雇了个人,一旦那个人发现有鱼上钩,
      就会通知D过来把鱼钓上来; 
    . E也是个有钱人,干脆雇了一个人帮他钓鱼,一旦那个人把鱼钓上来了,就给E发个短信。

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