5种IO模型

几个概念说明

阻塞(Block)和非阻塞(Non-Block)

阻塞和非阻塞是进程在访问数据的时候，数据是否准备就绪的一种处理方式,当数据没有准备的时候。

阻塞：往往需要等待缓冲区中的数据准备好过后才处理其他的事情，否则一直等待在那里。

非阻塞:当我们的进程访问我们的数据缓冲区的时候，如果数据没有准备好则直接返回，不会等待。如果数据已经准备好，也直接返回。

同步(Synchronization)和异步(Asynchronous)

同步和异步都是基于应用程序和操作系统处理 IO 事件所采用的方式。

比如同步：是应用程序要直接参与 IO 读写的操作。

异步：所有的 IO 读写交给操作系统去处理，应用程序只需要等待通知。

同步方式在处理 IO 事件的时候，必须阻塞在某个方法上面等待我们的 IO 事件完成(阻塞 IO 事件或者通过轮询 IO事件的方式),对于异步来说，所有的 IO 读写都交给了操作系统。这个时候，我们可以去做其他的事情，并不需要去完成真正的 IO 操作，当操作完成 IO 后，会给我们的应用程序一个通知。

同步 : 阻塞到 IO 事件，阻塞到 read 或则 write。这个时候我们就完全不能做自己的事情。让读写方法加入到线程里面，然后阻塞线程来实现，对线程的性能开销比较大。

5种IO模型

1.同步阻塞型IO (Block IO ,BIO)

用户线程调用内核IO操作，需要等IO彻底完成后才返回到用户空间，因此是阻塞IO。

优点：

能够及时返回数据，无延迟；

对内核开发者来说这是省事了；

缺点：

对用户来说处于等待就要付出性能的代价了；

2.同步非阻塞IO (nonblocking IO ,NIO)

操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到IO操作彻底完成，因此是非阻塞的。

非阻塞IO中需要用户线程在每个IO通路上，各自不断轮询IO状态，来判断是否有可处理的数据

优点：

能够在等待任务完成的时间里干其他活了（包括提交其他任务，也就是 “后台” 可以有多个任务在同时执行）。

缺点：

任务完成的响应延迟增大了，因为每过一段时间才去轮询一次read操作，而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成。这会导致整体数据吞吐量的降低。

3.同步IO多路复用（IO multiplexing）

在非阻塞IO的基础上把一个连接的可读可写事件剥离出来，使用单独的线程来对其进行管理。

多个IO通路，都复用这个管理器来管理socket状态。

多路复用在内核中提供了select，poll，epoll三种方式。

select方式

只能处理有限（不同系统参数：1024/2048）个socket
select监控socket时不能准确告诉用户是哪个socket有可用数据，需要轮询判断

poll方式

与select没区别采用链表实现，取消了文件个数的限制

epoll方式

epoll_wait 直接检查链表是不是空就知道是否有文件描述符准备好了；

fd 上的事件发生时，与它对应的回调函数就会被调用把fd 加入链表，其他处于“空闲的”状态的则不会被加入
epoll从上面链表中获取有事件发生的fd；

没有最大连接限制；

可以直接告诉用户程序哪一个，哪个连接有数据了。

4.信号驱动（signal-driven IO）

信号驱动式I/O：首先我们允许Socket进行信号驱动IO,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.异步非阻塞IO（asynchronous IO ，AIO）

小结

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End.