IO相关了解

2023-02-28 19:28 由 ZqurGy 发表于 #操作系统

1.IO的概念

IO简单来讲就是对输入输出设备的简化表达形式
- 单片机中各种接口，进行数据流的传输
- 从磁盘中读取数据至内存，又或者从内存中写入磁盘
编程中的IO
- 此时的IO其应用程序的运行态，即进程---》IO调用
- 特别强调的是我们的应用程序其实并不存在实质的IO过程，真正的IO过程是操作系统的事情，
- 这里把应用程序的IO操作分为两种动作：IO调用和IO执行。
- 因此所有的IO操作算作IO调用，之后由内核进行执行

5种IO模型
- 同步IO：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO复用模型、信号驱动的IO模型
- 异步IO
阻塞IO模型--bio---blockIO--》
- fd默认是阻塞的，网络编程中accept()，listen()，recv()等这些函数
- 阻塞IO不适合工程代码，网络IO
- 一旦阻塞，线程会被挂起
非阻塞IO模型
- 流程不变，继续执行
- 比如recv()只会返回一个–1，然后接着执行
- 阻塞---要进行读写，没有数据，线程会被挂起
注：阻塞和非阻塞的属性，是属于fd本身，默认为阻塞，可以通过

fcntl( fd,flag | O_NONBLOCK )进行非阻塞设置
IO复用模型：IO多路复用
信号驱动的IO模型
- 注册一个IO信号事件，在数据可操作时通过SIGIO信号通知线程
异步IO

通过使用fdset(fd,cb),一旦检测到数据调用callback，也不会被阻塞，但是也不会返回－1，因为会自动调用cb
reactor---反应堆模型
- reactor是对epoll进行的封装，让用户只需要关注读什么和写什么和相应的回调函数即可
- 而不是关注epoll的使用

一些概念

阻塞和非阻塞---》针对于线程状态，
- 一旦阻塞，线程被挂起，不能做其它事情)
- 非阻塞可以做其他事情：在等待的过程中可以做其它事情
同步和异步---》线程的做事顺序，异步和同步是相对的
- 同步为一个线程必须做完一件之后，通知再做下一件
- 异步为不必做完一件之后，再做下一件，可以一次性做多个，做完通知一下
同步和互斥--》两者的角度不同
- 同步按照一定的顺序执行，访问者对资源的有序访问。
- 互斥：同一个资源同一时间只有一个访问者可以进行访问，其他访问者需要等前一个访问者访问结束才可以开始访问该资源。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
- 总结：同步是一种更为复杂的互斥，而互斥是一种特殊的同步。

阻塞IO模型：阻塞socket
- 进程阻塞挂起不消耗CPU资源，及时响应每个操作；
- 实现难度低、开发应用较容易；
- 适用并发量小的网络应用开发；
非阻塞IO模型：socket是非阻塞的方式，超时处理
- 进程轮询（重复）调用，消耗CPU的资源；
- 实现难度低、开发应用相对阻塞IO模式较难；
- 适用并发量较小、且不需要及时响应的网络应用开发；
IO复用模型：select、poll、epoll三种方案，nginx都可以选择使用这三个方案
- 专一进程解决多个进程IO的阻塞问题，性能好；Reactor模式;
- 实现、开发应用难度较大；
- 适用高并发服务应用开发：一个进程（线程）响应多个请求
信号驱动的IO模型：信号机制不可控，不建议应用于服务层(业务层)
- 回调机制，实现、开发应用难度大；
异步IO：高性能服务器应用
- 不阻塞，数据一步到位；Proactor模式；
- 需要操作系统的底层支持，LINUX 2.5 版本内核首现，2.6 版本产品的内核标准特性；
- 实现、开发应用难度大；
- 非常适合高性能高并发应用；