高级IO:五种IO模型解析

    xiaoxiao2022-07-02  97

    一、阻塞IO 阻塞IO:在内核将数据准备好之前,系统调用会一直等待,所有的套接字,默认都是阻塞方式。 阻塞IO是最常见的IO模型。 二、非阻塞IO 非阻塞IO:如果内核还为将数据准备好,系统调用任然会直接返回,并且返回EWOULDBLOCK错误码。 非阻塞IO往往需要程序员循环的方式反复尝试读写文件描述符,这个过程称为轮询。这对CPU来说是比较大浪费,一般只有特定场景下才使用。 三、信号驱动IO 信号驱动IO:内核将数据准备好的时候。将SIGIO信号通知应用程序进行IO操作 四、IO多转接 IO多路转接:虽然从流程图上看起来和阻塞IO类似。实际上最核心在于IO多路转接能同时等待多个文件描述符的就绪状态。 五、异步IO 异步IO:有内核在数据拷贝完成时,通知应用程序(而信号驱动是告诉应用程序何时可以开始拷贝数据)

    总结:任何IO过程,都包含两个步骤:第一是等待,第二是拷贝。而在实际的应用场景中,等待消耗的时间往往都高于拷贝的时间,让IO更高效,最核心的方法就是要缩短等待的时间。

    六、同步通信与异步通信 同步和异步关注的是信息通信机制:

    所谓同步,就是在发出一个调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。但是一旦调用返回,就得到返回值了;换句话说,就是由调用者主动等待这个调用结果。异步则是相反,调用在发出之后,这个调用就直接返回了,所以没有返回结果;换句话说,当一个异步过程调用发出后,调用者不会立刻得到结果;而在调用发出后,被调用者通过状态,通知来通知调用者,或通过回调函数处理这个调用。

    七、阻塞于非阻塞 相同点:当条件就绪时,都要由自己把数据拷贝进去。 阻塞和非阻塞关注的是程序等待调用结果(消息,返回值)时的状态。

    阻塞调用是指调用结果返回之前,当线程会被挂起,调用线程只有在得到结果之后才会返回。非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前,该调用不会阻塞当前进程。

    八、非阻塞IO fcntl 一个文件描述符,默认都是阻塞IO。 函数原型:

    #include<unistd.h> #include<fcntl.h> int fcntl(int fd, int cmd, .../* arg */);

    传入的cmd的值不同,后面追加的参数也不同。

    fcntl函数有五种功能:

    复制一个现有的描述符(cmd=F_DUPFD). 获得/设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD). 获得/设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL). 获得/设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN). 获得/设置记录锁(cmd=F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW

    下面我们基于fcntl实现一个SetNoBlock函数,将文件描述符设置为非阻塞。

    1#include<unistd.h> 2 #include<fcntl.h> 3 4 void SetNoBlock(int fd){ 5 int f1 = fcntl(fd, F_GETFL); 6 if(f1 < 0){ 7 perror("fcntl"); 8 return; 9 } 10 fcntl(fd, F_SETFL , f1 | O_NONBLOCK); 11 }

    使用F_GETFL将当前的文件描述符的属性取出来(这是一个位图) 然后在使用F_SEFTL将文件描述符设置回去,设置回去的同时,加上一个O_NONBLOCK参数。

    轮询方式读取标准输入:

    #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<fcntl.h> 4 5 void SetNoBlock(int fd){ 6 int f1 = fcntl(fd, F_GETFL); 7 if(f1 < 0){ 8 perror("fcntl error\n"); 9 return; 10 } 11 fcntl(fd, F_SETFL, f1 | O_NONBLOCK); 12 } 13 14 int main() 15 { 16 //SetNoBlock(0); 17 while(1){ 18 char buf[1024] = {0}; 19 ssize_t read_size = read(0, buf, sizeof(buf) -1); 20 if(read_size < 0){ 21 perror("read error\n"); 22 sleep(1); 23 continue; 24 } 25 printf("input:%s\n", buf); 26 } 27 return 0; 28 }
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