Linux高级IO之五种IO模型

文章目录

- Linux高级IO之五种IO模型
- - IO的理解
  - 阻塞式IO
  - 非阻塞IO
  - 信号驱动式IO
  - IO多路转接
  - 异步IO
  - 同步和异步

Linux高级IO之五种IO模型

IO的理解

IO模型其实更像是网络部分的延伸和拓展，在学习完计算机网络之后，结合Linux系统，我们就该认识到，计算机网络所做的工作其实是将计算机的功能和性能无限扩大

因为进程间通信的本质没有变，网络将计算机之间的进程通信链接起来，相当于世界的计算机性能也能链接起来，只是受限于网络的性能和复杂度，速度远远达不到计算机总线的速度

进程处理数据自然有数据的处理和交换两个过程

处理部分就是我们所学的各种语言，面向对象思想，算法

而交换则对应了输入和输出两个部分，由于计算机网络的影响，IO也不应当狭义的理解为从内存中IO，而应当也扩展至从网络中IO，虽然设备上，是内存和网卡的区别，但是对于Linux来说他们都是文件，是没什么区别的
我们具体到IO本身上，因为外设的速度上远低于CPU处理的速度的，对于内存和网卡都是这样，因此IO一定是效率很低的事情

在IO时，一共做了两件事情，第一件事情是等待，等待缓冲区的文件，或是网卡上来，或是从内存中来，第二件事情是拷贝，将缓冲区数据拷贝到内存中

因此IO一共分成两个部分，等待+拷贝，其中拷贝使用才是我们希望他做的事情

类似于计算机发展的过程，计算机开始时是等待IO和处理数据两个过程，然后逐步演化为现在的并发情景，将等待IO的时间减少，处理数据的时间增加

我们对IO的期待也是这样，希望等待的时间减少，而IO拷贝的本身时间增加

所谓的IO模型就是提供解决这些问题的方案

阻塞式IO

阻塞式IO我们一开始学习语言的时候就在用，例如cin，scanf，都是阻塞式IO

当内核在数据准备好之前，系统调用会阻塞在读取步骤，一直等待，直到缓冲区中有有效数据

在这里插入图片描述

所有的套接字默认都是阻塞式IO，阻塞式IO也是最常见的模型

非阻塞IO

非阻塞IO就可以简单理解为不等待的IO，他在读取缓冲区时，发现没有数据，则会直接返回，跟读取出错的情况是很像的

但是我们需要区分这两种情况，利用全局变量errno，当他是读取发现无数据时，则设置为EWOULDBLOCK

非阻塞IO一般是需要反复尝试读写文件描述符，这个过程称之为轮询，对CPU来说是比较大的浪费，一般也只有在特定情况下才会使用

在这里插入图片描述

设置IO为非阻塞形式，需要使用系统调用fcntl，我们下一篇文章会介绍，这里只需要知道他可以将文件描述符设置为非阻塞状态

// 将指定fd设置为非阻塞
void SetNonBlock(int fd)
{int fl = fcntl(fd, F_GETFL);int (fl < 0){cerr << "fcntl error" << endl;exit(1);}fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);
}int main()
{SetNonBlock(0); // 将标准输入设置为非阻塞while(true){char buffer[1024];ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if(s > 0) // 读取有数据{buffer[s] = '\0';cout << buffer << endl;}else if (s = 0) // 读到文件结尾{cout << "file end" << endl;break;}else{// 出错或者读取无数据if(errno == EWOULDBLOCK || errno == EAGAIN){// 缓冲区无数据cout << "buffer no status" << endl;cout << errno << endl;}else if(errno == EINTR){// 信号中断，但是不算read的错误cout << "IO interrupted by signal" << endl;}else{// 真的读取错误cout << "read error" << endl;break;}}sleep(1);}return 0;
}