Linux 环境网络 IO 模型原理（十八）

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-10-29 13:28 131阅读 0赞

今天分析Linux 环境网络 IO 模型原理：

**一、同步和异步，阻塞和非阻塞**

***1、同步和异步***

**关注的是调用方是否主动获取结果**

同步 : 同步的意思就是调用方需要主动等待结果的返回

异步 : 异步的意思就是不需要主动等待结果的返回，而是通过其他手段比如，状态通知，回调函数等。

***2、阻塞和非阻塞***

**主要关注的是等待结果返回时调用方的状态**

阻塞 : 是指结果返回之前，当前线程被挂起，不做任何事

非阻塞 : 是指结果在返回之前，线程可以做一些其他事，不会被挂起。

***3、两者的组合***

1. 同步阻塞 : 同步阻塞基本也是编程中最常见的模型，打个比方你去商店买衣服，你去了之后发现衣服卖完了，那你就在店里面一直等，期间不做任何事( 包括看手机 ) ，等着商家进

货，直到有货为止，这个效率很低。

2. 同步非阻塞 : 同步非阻塞在编程中可以抽象为一个轮询模式，你去了商店之后，发现衣服卖完了，这个时候不需要傻傻的等着，你可以去其他地方比如奶茶店，买杯水，但是你还

是需要时不时的去商店问老板新衣服到了吗。

3. 异步阻塞 : 异步阻塞这个编程里面用的较少，有点类似你写了个线程池 ,submit  然后马上 future.get() ，这样线程其实还是挂起的。有点像你去商店买衣服，这个时候发现衣服没有

了，这个时候你就给老板留给电话，说衣服到了就给我打电话，然后你就守着这个电话，一 直等着他响什么事也不做。这样感觉的确有点傻，所以这个模式用得比较少。

4. 异步非阻塞 : 异步非阻塞。好比你去商店买衣服，衣服没了，你只需要给老板说这是我的电话，衣服到了就打。然后你就随心所欲的去玩，也不用操心衣服什么时候到，衣服一到，

电话一响就可以去买衣服了。

**二、Linux**  **下的五种**  **I/O**  **模型**

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***1、*** ***阻塞***  ***I/O***  ***模型：***

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应用程序调用一个  IO  函数，导致应用程序阻塞，等待数据准备好。 如果数据没有准备好，一直等待…. 数据准备好了，从内核拷贝到用户空间 ,IO  函数返回成功指示。 当调用 recv() 函数时，系统首先查是否有准备好的数据。如果数据没有准备好，那么系统就处于等待状态。当数据准备好后，将数据从系统缓冲区复制到用户空间，然后该函数返回。在套接应用程序中，当调用 recv() 函数时，未必用户空间就已经存在数据，那么此时  recv() 函数就会处于等待状态。

***2、非阻塞***  ***IO***  ***模型***

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我们把一个  SOCKET  接口设置为非阻塞就是告诉内核，当所请求的  I/O  操作无法完成时，不要将进程睡眠，而是返回一个错误。这样我们的 I/O  操作函数将不断的测试数据是否已经

准备好，如果没有准备好，继续测试，直到数据准备好为止。在这个不断测试的过程中，会大量的占用 CPU  的时间。上述模型绝不被推荐。

***3、IO***  ***复用模型：***

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简介：主要是  select  和  epoll  两个系统调用；对一个  IO  端口，两次调用，两次返回，比阻塞 IO  并没有什么优越性；关键是能实现同时对多个  IO  端口进行监听； I/O 复用模型会用到  select 、 poll 、 epoll  函数，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞 I/O  所不同的的，这两个函数可以同时阻塞多个  I/O  操作。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的 I/O  函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用  I/O  操作函数。 当用户进程调用了 select ，那么整个进程会被  block ；而同时， kernel  会 “ 监视 ” 所有  select 负责的 socket ；当任何一个  socket  中的数据准备好了， select  就会返回。这个时候，用户进 程再调用  read  操作，将数据从  kernel  拷贝到用户进程。这个图和 blocking IO  的图其实并没有太大的不同，事实上还更差一些。因为这里需要使用两个系统调用(select  和  recvfrom) ，而  blocking IO  只调用了一个系统调用 (recvfrom) 。但是，用 select  的优势在于它可以同时处理多个  connection 。（多说一句：所以，如果处理的连接数不是很高的话，使用 select/epoll  的  web server  不一定比使用  multi-threading + blocking IO 的 web server  性能更好，可能延迟还更大。 select/epoll  的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。）

***4、信号驱动***  ***IO***

简介：两次调用，两次返回；

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首先我们允许套接口进行信号驱动  I/O, 并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个 SIGIO  信号，可以在信号处理函数中调用  I/O  操作函

数处理数据。

***5、异步***  ***IO***  ***模型***

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当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者的输入输出操作

**6、5 种** ** ** **I/O**  **模型的比较**

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不同  I/O  模型的区别，其实主要在等待数据和数据复制这两个时间段不同，图形中已经表示得很清楚了。

到此，Linux 环境网络 IO 模型原理分析完成，下篇我们分析阻塞网络编程原理，敬请期待！

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