網絡I/O模型

一、I/O

    一個I/O,兩個過程(等待,數據搬遷  【都由自己執行】)。

二、I/O 模型 ---  Unix下共有5種I/O模型

I/O中,同步和異步關注的是消息通信機制。

同步:由 調用者 主動等待這個 調用的結果。

異步:當一個異步過程調用發出後,調用者不會立刻得到結果。而是在 調用發出後,被調用者通過狀態、通知來通知調用者,或通過回調函數處理這個調用,因而 沒有返回結果。

(一)類型

1. 阻塞I/O模型

    應用程序調用一個IO函數,導致應用程序阻塞,等待數據準備好。

    如果數據沒有準備好,一直等待。數據準備好了,從內核拷貝到用戶空間。

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2. 非阻塞I/O模型

    把一個套接口設置爲 非阻塞,即 告訴內核,當所請求的I/O操作無法完成時,不要將進程睡眠,而是返回一個錯誤。這樣我們的I/O操作函數將不斷的測試 數據是否已經準備好,如果沒有準備好,繼續測試,直到數據準備好爲止。在這個不斷測試的過程中,會大量的佔用CPU的時間。

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3. I/O複用模型 

   (1) I/O複用模型會用到 select或者poll函數,這兩個函數也會使進程阻塞,但是和阻塞I/O所不同的的,這兩個函數可以同時阻塞多個I/O操作。而且可以同時對多個讀操作,多個寫操作的I/O函數進行檢測,直到有數據可讀或可寫時,才真正調用I/O操作函數。

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   (2) 相關函數

#include <sys/select.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,

             fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

       // 參數timeout 爲結構timeval,用來設置select()的等待時間

//timeout:特定的時間值:如果在指定的時間段裏沒有事件發生,select將超時返回

       NULL:select()沒有timeout,select將一直被阻塞,直到某個文件描述符上發生了事件。

       0:僅檢測描述符集合的狀態,然後立即返回,並不等待外部事件的發生。

返回值:

     執行成功則返回文件描述詞狀態已改變的個數.

     如果返回0代表在描述詞狀態改變前已超過timeout時間,沒有返回;

     當有錯誤發生時則返回-1,錯誤原因存於errno,此時參數readfds,writefds,exceptfds和timeout的值變成不可預測。

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//清除描述詞組set中相關fd 的位

int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//測試描述詞組set中相關fd 的位是否爲真

void FD_SET(int fd, fd_set *set);//設置描述詞組set中相關fd的位

void FD_ZERO(fd_set *set);//清除描述詞組set的全部位

    int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,

             const struct timespec *timeout,const sigset_t *sigmask);


4. 信號驅動I/O模型 

   首先允許套接口進行信號驅動I/O,並安裝一個信號處理函數,進程繼續運行並不阻塞。當數據準備好時,進程會收到一個SIGIO信號,可以在信號處理函數中調用I/O操作函數處理數據。

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5. 異步I/O模型

   (1) 調用aio_read函數,告訴內核描述字,緩衝區指針,緩衝區大小,文件偏移以及通知的方式,然後立即返回。當內核將數據拷貝到緩衝區後,再通知應用程序。

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   (2) 相關函數   

        #include <aio.h>

        int aio_read(struct aiocb *aiocbp);    Link with -lrt

        返回值:成功 0,失敗 -1

      

(二)比較

同步I/O:

    阻塞I/O模型:一直等待

    非阻塞阻塞I/O模型:在等待過程中還可以執行其他進程/線程

        【以上兩者:僅等待方式不同,其他相同】

    信號驅動I/O模型:等待方式以 信號驅動

    I/O複用模型:一個進程等待多個線程

異步I/O:

    異步I/O模型:由其他線程執行 等待和數據搬遷,自己只關注 結果


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