同步异步、阻塞非阻塞、并发并行的区别

同步异步、阻塞非阻塞、并发并行的区别

1、IO操作

1、IO分两个阶段
  1. 数据准备阶段(内核)
  2. 内核空间的数据复制到用户进程缓冲区阶段(用户空间)

在操作系统中,程序运行的空间分为内核空间和用户空间, 应用程序都是运行在用户空间中。

2、阻塞IO非阻塞IO和同步IO异步IO的区别:
  • 如果阻塞知道完成就是传统的阻塞IO, 如果不阻塞, 则是非阻塞IO。
  • 一般来讲, 阻塞IO模型、非阻塞IO模型, IO复用模型, 都属于同步IO, 因为阶段2是阻塞的, 异步IO模型, 则属于异步IO。
  • 同步IO和异步IO的区别在于第二个步骤是否阻塞, 如果不阻塞,而是操作系统帮你做完IO操作,再将结果返回给你,那么就是异步IO。

2、可用的IO模型。

1、阻塞IO模型:

同步异步、阻塞非阻塞、并发并行的区别_第1张图片

标红的这部分过程就是阻塞,直到阻塞结束recvfrom才能返回。

2、非阻塞IO模型

同步异步、阻塞非阻塞、并发并行的区别_第2张图片

当调用recvfrom的时候, 如果数据没准备好, 则返回空值(该过程不阻塞);如果数据准备好, 则拷贝到用户空间再返回(这个过程还是阻塞的)

3、IO多路复用

同步异步、阻塞非阻塞、并发并行的区别_第3张图片

和非阻塞IO的区别是,阻塞在select,epoll这样的系统调用,无需进行轮询操作。

4、异步IO

同步异步、阻塞非阻塞、并发并行的区别_第4张图片

前3种区别在于第一阶段,而他们的第二阶段是一样的:在数据从内核复制到应用缓冲区期间(用户空间),进程阻塞于recvfrom调用。相反,异步I/O模型在这两个阶段都是非阻塞的。

总结:

  • 阻塞,非阻塞:进程/线程要访问的数据是否就绪,进程/线程是否需要等待;
  • 同步,异步:访问数据的方式,同步需要主动读写数据,在读写数据的过程中还是会阻塞;异步只需要I/O操作完成的通知,并不主动读写数据,由操作系统内核完成数据的读写。

select、poll、epoll的区别

1、select模型:

同步异步、阻塞非阻塞、并发并行的区别_第5张图片

​ (1)fd_set大小有限制, 只能监听1024个fd(文件描述符, linux系统一切皆文件);

​ (2)对socket进行扫描时是线性扫描,即采用轮询的方法,效率较低;复杂度O(n)

​ (2)用户空间和内核空间的复制非常消耗资源;

2、poll

同步异步、阻塞非阻塞、并发并行的区别_第6张图片

​ (1)fd_set大小没有限制

​ (2)对socket进行扫描时是线性扫描,即采用遍历的方法,效率较低;复杂度O(n)

​ (3)用户空间和内核空间的复制非常消耗资源;

3、epoll

1)调用epoll_create()建立一个epoll对象(在epoll文件系统中为这个句柄对象分配资源)

2)调用epoll_ctl向epoll对象中添加这100万个连接的套接字

3)调用epoll_wait收集发生的事件的连接

首先要调用epoll_create创建一个epoll对象。然后使用epoll_ctl可以操作上面建立的epoll对象,例如,将刚建立的socket加入到epoll中让其监控,或者把epoll正在监控的某个socket句柄移出epoll,不再监控它等等。

epoll_wait在调用时,在给定的timeout时间内,当在监控的所有句柄中有事件发生时,就返回用户态的进程。

(1) fd_set大小没有限制(和poll的结构体差不多,但是没有标志位)

(2) 不用采用遍历的方式,哪些fd有数据则放入一个集合里,通过回调告知用户空间,复杂度为O(1)

(3) 在epoll_ctrl的时候就已经把fd传入epoll对象(相当于fd_set), epoll_wait的时候就相当于调用select/poll,但是不需要复制的操作。没有消耗资源。

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