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  • 高性能server框架--I/O模型

    socket在创建的时候默认是堵塞的。我们能够通过socket系统调用的第二个參数传递SOCK_NONBLOCK标志,或者通过fcntl系统调用的F_SETFL命令,将其设置为非堵塞的。

    堵塞和非堵塞的概念能应用与全部文件描写叙述符。不不过socket,我们称堵塞的文件描写叙述符为堵塞I/O,非堵塞的文件描写叙述符为非堵塞I/O.

             针对堵塞I/O运行的系统调用可能由于无法马上完毕而被操作系统挂起。直到等待的事件发生为止。比方,client通过connect向server发起连接时,connect将首先发送同步报文段给server,然后等待server返回确认报文段,假设server的确认报文段没有马上到达client,则connect调用将被挂起,直到client收到确认报文段并唤醒connect调用,socket的基础API中,可能被堵塞的系统调用包含acept send rev connect.

             针对非堵塞I/O运行的系统调用则总是马上返回,而无论事件是否已经发生。假设事件没有马上发生,这些系统调用就返回-1。和出错的情况一样,此时我们必须依据errno来分情况,对accept send recv而言,事件未发生时errno通常被设置成EAGAIN或者EWOULDBLOCK(意思为期望堵塞),对于connect,errno则被设置为EINPROGRESS(意思为正在处理中)。

            非常显然。我们仅仅有在事件已经发生的情况下操作非堵塞i/o(读写等),才干提高程序的效率,因此,非堵塞I/O通常要和其它I/O通知机制一起使用,比方I/O复用和SIGIO信号。

            I/O复用是最经常使用两个的I/O通知机制,他指的是,应用程序通过I/O复用函数想内核注冊一组事件,内核通过I/O复用函数把当中就绪的事件通知给应用程序,Linux上经常使用的I/O复用函数是select、poll epoll_wait。

    须要明确的是,I/O复函数本身是堵塞的,他们能提高程序效率的原因在于他们具有同一时候监听多个I/O事件的能力。

             SIGIO信号也能够用来报告I/O事件。当目标文件 描写叙述符上有事件发生时,SIGIO信号的信号处理函数将被触发,我们也就能够在该信号处理函数中对目标文件描写叙述II符运行非堵塞I/O操作了。

             从理论上说。堵塞I/O I/O复用和信号驱动I/O都是同步I/O模型,由于在这三种I/O模型中,I/O读写操作,都是在I/O事件发生之后,由应用程序完毕的,在POSIX规范所定义的异步I/O模型则不同。对于异步I/O而言,用户能够直接对I/O运行读写操作。这些操作告诉内核用户读写缓冲区的位置,以及I./O操作完毕之 后内核通知应用程序的方式。异步I/O的读写总是马上返回。而不论I/O是否堵塞,由于真正的读写操作已经由内核接管。也就是说。同步I/O模型要求用户代码自行运行I/O操作(将数据从内核缓冲区读入用户缓冲区,或将数据从用户缓冲区写入内核缓冲区),而异步I/O机制则由内核来运行I/O操作(数据在内核缓冲区和用户缓冲区之间的移动是由内核在“后台”完毕的)。你能够这么觉得,同步I/O向应用程序通知的是I/O就绪事件。异步I/O想应用程序通知的是I/O完毕事件。linux环境下,aio.h头文件里定义了函数提供了异步I/O支持。

    总结

    I/O模型                                       读写操作和堵塞阶段

    堵塞I/O                                       程序堵塞与读写操作

    I/O复用                                      程序堵塞于I/O复用系统调用。但可同一时候监听多个I/O事件,对I/O本身读写操作是非堵塞的

    SIGIO信号                                 信号触发读写就绪事件,用户程序运行读写操作,程序没有堵塞阶段

    异步I/O                                      内核运行读写并触发读写完毕事件,程序没有堵塞阶段


    同一时候,在并发模型中也有同步/异步的方式。可是和这里的概念不同。

           在I/O模型中,同步和异步区分的是内核向应用程序通知的是何种I/O事件(是就绪事件还是完毕事件),以及该由谁来完毕I/O读写(是应用程序还是内核),在并发模型中,同步指的是程序全然依照代码序列的顺序运行,异步值得是程序运行须要由系统事件来驱动,常见的系统事件包含中断。信号等。


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