异步同步阻塞非阻塞

前言

在平常学习的时候经常会看见同步异步、阻塞非阻塞这些东西,之前有大概的了解了一下,但是有些概念还是感觉很混淆,所以这里特地花了一点时间梳理总结一下。

1.概念

这里主要是用UNP当中的几个IO模型解释,分别是

阻塞IO,Blocking IO

非阻塞IO,NoneBlocking IO

IO多路复用,IO multiplexing

异步IO,asynchronous IO

其中还有一种叫做“信号驱动式IO”,但好像不是很常用,我也不是很清楚,所以就没写了。

这里先说一下IO在发生时先涉及到的对象和步骤:

对象:

调用这个IO的进程

系统内核

步骤:

数据准备

数据从内核拷贝到调用进程

当一个IO请求发生的时候,调用进程向内核发送请求,内核接收到请求后,会根据请求的IO数据向相关IO设备发起请求,当IO设备把数据准备好给内核时,内核再把数据拷贝给调用进程。

接下来的各种模型我们主要看着两个步骤的状态。

1.blocking IO

异步同步阻塞非阻塞_第1张图片
首先是blocking IO ,在这个模型中,当用户进程调用了recvfrom,kernel收到消息后,就开始准备数据,在这个“wait for data”过程中,进程一直处于一个block的状态,也就是说除了等待其他什么也没在做。当数据准备完毕的时候,内核将进行“copy data from kernel to user”这一步,执行完毕后返回给调用进程消息,当用户进程收到消息后就接触block状态。我们不难发现,在这两个过程中,调用进程都处于Block状态。

2.Nonblocking IO

异步同步阻塞非阻塞_第2张图片

对于Nonblocking IO模型,当用户进程调用recvfrom后,即使这个时候内核还没有准备好数据,也会立马返回一个信息。也就是说,在调用进程发起一个system call后即可马上获得回应。在“wait for data”这个过程中,调用进程不必一直等待,可以去做其他的事情,但是每隔一定时间就会主动向内核发送消息进行确认数据是否准备完毕,如果数据准备好了,那么就会和blocking IO 模型一样进行数据的拷贝,在这个过程中,调用进程一样会处于block状态,直到数据拷贝完成内核返回结果才解除block。相比于blocking IO,这里的主要区别就是调用进程会一直不断的主动询问内核数据准备好没有。

3.io_multiplexing

异步同步阻塞非阻塞_第3张图片

接下来要讲的是IO复用模型,从图上看,不难发现这和Blocking IO模型有点相似,因为在两个过程中调用进程都处于block状态,但其实这两者最大的区别就是IO复用模型可以处理多个连接。当用户进程调用select的时候,用户就会被block,同时内核开始监听所有select负责的socket,如果有任意一个socket数据准备完毕,那么就返回给调用进程一个消息,然后调用进程就可以再进行read操作。

4.Asynchronous IO

异步同步阻塞非阻塞_第4张图片
然后就是最后的异步IO模型,在这种模型中,我们可以清楚的看见,当进程发起了调用后,如果kernel此时数据没准备好,也会立刻返回给调用进程一个消息,因此进程不必“傻傻的”一直等待。当数据准备好并从kernel拷贝完成时,kernel会向之前调用的相关进程发送一个信号进行提醒,这样进程就可以直接接受数据了。而在这中间的时间进程可以去干其他它想做的事情。

异步同步阻塞非阻塞_第5张图片
这里有一张关于几种不同IO模型的比较图片,根据我们之前定义的两个步骤来看的话,我们能够发现,只有asynchronous IO是属于异步IO,其他的在wait或者copy阶段都会有阻塞发生。

2.总结

根据上面的几种比较,我们可以大概明白了:

阻塞与非阻塞IO调用:

阻塞IO调用:在相关进程发起调用的时候,由于该进程将会等待IO操作,所以在这期间不能做其他事情;

非阻塞IO调用:在相关进程发起调用的时候,不管调用是否成功,都能够马上得到一个返回,并且在这之后能够做其他的事情。

同步与异步:

同步:双方的动作需要经过双方的协调才可以,步调应该尽量保持一致;

异步:不需要协调,各自做各自的工作。

这里有关于同步异步,阻塞非阻塞比较好的简单总结:

同步异步关注的是:消息同步机制

阻塞非阻塞关注的是:程序在等待调用结果(消息、状态值)时的状态。

量保持一致;

异步:不需要协调,各自做各自的工作。

这里有关于同步异步,阻塞非阻塞比较好的简单总结:

同步异步关注的是:消息同步机制

阻塞非阻塞关注的是:程序在等待调用结果(消息、状态值)时的状态。

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