5种I/O模型的分析

1 阻塞式IO模型

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网络模型:
  在这个模型中,应用程序为了执行这个read操作,会调用相应的一个system call,将系统控制权交给内核,然后就进行等待(这个等待的过程就是被阻塞了),内核开始执行这个system call,执行完毕后会向应用程序返回响应,应用程序得到响应后,就不再阻塞,并进行后面的工作。

场景描述:
  在饭店领完号后,前面还有n桌,不知道什么时候到我们,但是又不能离开,因为过号之后必须重新取号。只好在饭店里等,一直等到叫号到我们才吃完晚饭,然后去逛街。中间等待的时间什么事情都不能做。

  • 优点: 能够及时返回数据,无延迟。
  • 缺点:对用户来说处于等待就要付出性能代价。

2 非阻塞IO模型

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网络模型:
  当用户进程发出read操作时,调用相应的system call,这个system call会立即从内核中返回。但是在返回的这个时间点,内核中的数据可能还没有准备好,也就是说内核只是很快就返回了system call,只有这样才不会阻塞用户进程,对于应用程序,虽然这个IO操作很快就返回了,但是它并不知道这个IO操作是否真的成功了,为了知道IO操作是否成功,应用程序需要主动的循环去问内核。

场景描述:   
等待过程是在太无聊,于是我们就去逛商场,每隔一段时间就回来询问服务员,叫号是否到我们了,整个过程来来回回好多次。这就是非阻塞,但是需要不断的询问。

  • 优点:能够在等待的时间里去做其他的事情。
  • 缺点:任务完成的响应延迟增大了,因为每过一段时间去轮询一次read操作,而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成,这对导致整体数据吞吐量的降低。

3 I/O复用模型

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网络模型:
  和第二种一样,调用system call之后,并不等待内核的返回结果而是立即返回。虽然返回结果的调用函数是一个异步的方式,但应用程序会被像select、poll和epoll等具有多个文件描述符的函数阻塞住,一直等到这个system call有结果返回了,再通知应用程序。这种情况,从IO操作的实际效果来看,异步阻塞IO和第一种同步阻塞IO是一样的,应用程序都是一直等到IO操作成功之后(数据已经被写入或者读取),才开始进行下面的工作。不同点在于异步阻塞IO用一个select函数可以为多个文件描述符提供通知,提供了并发性。举个例子:例如有一万个并发的read请求,但是网络上仍然没有数据,此时这一万个read会同时各自阻塞,现在用select、poll、epoll这样的函数来专门负责阻塞同时监听这一万个请求的状态,一旦有数据到达了就负责通知,这样就将一万个等待和阻塞转化为一个专门的函数来负责与管理。

场景描述:

  与第二个经常类似,饭店安装了电子屏幕,显示叫号的状态,所以在逛街的时候,就不用去询问服务员,而是看下大屏幕就可以了。(不仅仅是我们不用询问服务员,其他所有的人都可以不用询问服务员)

4 信号驱动IO模型

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应用程序提交read请求,调用system call,然后内核开始处理相应的IO操作,而同时,应用程序并不等内核返回响应,就会开始执行其他的处理操作(应用程序没有被IO阻塞),当内核执行完毕,返回read响应,就会产生一个信号或执行一个基于线程的回调函数来完成这次IO处理过程。在这里IO的读写操作是在IO事件发生之后由应用程序来完成。异步IO读写操作总是立即返回,而不论IO是否阻塞,因为真正的读写操作已经有内核掌管。也就是说同步IO模型要求用户代码自行执行IO操作(将数据从内核缓冲区移动用户缓冲区或者相反),而异步操作机制则是由内核来执行IO操作(将数据从内核缓冲区移动用户缓冲区或者相反)。可以这样认为,同步IO向应用程序通知的是IO就绪事件,而异步IO向应用程序通知的是IO完成事件。

5 异步IO模型

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异步IO与上面的异步概念是一样的, 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函数在完成后,通过状态、通知和回调来通知调用者的输入输出操作。异步IO的工作机制是:告知内核启动某个操作,并让内核在整个操作完成后通知我们,这种模型与信号驱动的IO区别在于,信号驱动IO是由内核通知我们何时可以启动一个IO操作,这个IO操作由用户自定义的信号函数来实现,而异步IO模型是由内核告知我们IO操作何时完成。

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转载自blog.csdn.net/c_royi/article/details/81240565