Linux系统的五种IO模型

约定不等于承诺〃 2021-11-09 06:32 345阅读 0赞

### Linux系统的五种IO模型 ###

*  概述
 *  阻塞IO模型
 *  非阻塞IO模型
 *  信号驱动IO模型
 *  多路复用IO模型
 *  异步IO模型
 *  五种IO模型对比

# 概述 #

在Linux系统中，共有5种IO模型，它们分别是：阻塞IO模型，非阻塞IO模型，信号驱动IO模型，多路复用IO模型和异步IO模型  
执行IO操作的过程分为两个步骤：数据准备和数据拷贝

# 阻塞IO模型 #

进程或线程等待某个条件，如果条件不满足，一直等下去；如果条件满足，进行下一步操作  
应用进程通过系统调用`recvfrom`接收数据，由于内核还未准备好数据，应用进程会阻塞住，直到内核准备好数据，  
`recvfrom`完成数据拷贝工作，应用进程才结束阻塞状态

# 非阻塞IO模型 #

应用程序与内核交互如果条件不满足，不再等待直接返回，不断轮询内核，若数据准备好，则进行下一步  
应用进程通过recvfrom和内核交互，如果内核没有准备好数据，会返回`error`，应用程序接受到`error`后，会先去执行其他任务，一段时间后在发起recvfrom

# 信号驱动IO模型 #

应用程序在读取文件是通知内核，当发生某个socket事件时，内核发出信号通知应用程序，收到信号后，信号对应的处理函数会做后续处理，信号驱动模型在数据准备阶段是异步的，在数据拷贝阶段是同步的  
应用程序预先向内核注册一个信号处理函数，然后不阻塞，当数据准备条件满足时，内核发出信号给应用程序，应用程序通过信号处理函数完成数据拷贝到用户空间的任务

# 多路复用IO模型 #

多个进程的IO可以注册到同一个管道上，这个管道会统一和内核交互，当管道中的某一个请求需要的数据准备好了，进程再把对应的数据拷贝到用户空间  
IO多路转接是多了一个`select`函数，多个进程的IO可以注册到同一个`select`上，当用户进程调用该`select`，`select`会监听所有注册好的IO，如果所有被监听的IO需要的数据都没有准备好时，`select`调用进程会阻塞。当任意一个IO所需的数据准备好之后，`select`调用就会返回，然后进程在通过`recvfrom`来进行数据拷贝。  
这里的IO复用模型，并没有向内核注册信号处理函数，所以，他并不是非阻塞的。进程在发出`select`后，要等到`select`监听的所有IO操作中至少有一个需要的数据准备好，才会有返回，并且也需要再次发送请求去进行文件的拷贝。

# 异步IO模型 #

应用进程把IO请求传给内核后，完全由内核去操作文件拷贝。内核完成相关操作后，会发信号告诉应用进程本次IO已经完成  
用户进程发起`aio_read`操作之后，给内核传递描述符、缓冲区指针、缓冲区大小等，告诉内核当整个操作完成时，如何通知进程，然后就立刻去做其他事情了。当内核收到`aio_read`后，会立刻返回，然后内核开始等待数据准备，数据准备好以后，直接把数据拷贝到用户控件，然后再通知进程本次IO已经完成

# 五种IO模型对比 #

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