高级IO:五种IO模型解析

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
#include

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
  2 #include
  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
  2 #include
  3 #include
  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 }