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五种I/O 模式:
【1】 阻塞 I/O (Linux下的I/O操作默认是阻塞I/O,即open和socket创建的I/O都是阻塞I/O)
【2】 非阻塞 I/O (可以通过fcntl或者open时使用O_NONBLOCK参数,将fd设置为非阻塞的I/O)
【3】 I/O 多路复用 (I/O多路复用,通常需要非阻塞I/O配合使用)
【4】 信号驱动 I/O (SIGIO)
【5】 异步 I/O
一般来说,程序进行输入操作有两步:
1.等待有数据可以读
2.将数据从系统内核中拷贝到程序的数据区。
对于sock编程来说:
第一步: 一般来说是等待数据从网络上传到本地。当数据包到达的时候,数据将会从网络层拷贝到内核的缓存中;
第二步: 是从内核中把数据拷贝到程序的数据区中。
阻塞I/O模式 //进程处于阻塞模式时,让出CPU,进入休眠状态
阻塞 I/O 模式是最普遍使用的 I/O 模式。是Linux系统下缺省的IO模式。
大部分程序使用的都是阻塞模式的 I/O 。
一个套接字建立后所处于的模式就是阻塞 I/O 模式。(因为Linux系统默认的IO模式是阻塞模式)
对于一个 UDP 套接字来说,数据就绪的标志比较简单:
(1)已经收到了一整个数据报
(2)没有收到。
而 TCP 这个概念就比较复杂,需要附加一些其他的变量。
一个进程调用 recvfrom ,然后系统调用并不返回知道有数据报到达本地系统,然后系统将数据拷贝到进程的缓存中。 (如果系统调用收到一个中断信号,则它的调用会被中断)
我们称这个进程在调用recvfrom一直到从recvfrom返回这段时间是阻塞的。当recvfrom正常返回时,我们的进程继续它的操作。
非阻塞模式I/O //非阻塞模式的使用并不普遍,因为非阻塞模式会浪费大量的CPU资源。
当我们将一个套接字设置为非阻塞模式,我们相当于告诉了系统内核: “当我请求的I/O 操作不能够马上完成,你想让我的进程进行休眠等待的时候,不要这么做,请马上返回一个错误给我。”
我们开始对 recvfrom 的三次调用,因为系统还没有接收到网络数据,所以内核马上返回一个 EWOULDBLOCK的错误。
第四次我们调用 recvfrom 函数,一个数据报已经到达了,内核将它拷贝到我们的应用程序的缓冲区中,然后 recvfrom 正常返回,我们就可以对接收到的数据进行处理了。
当一个应用程序使用了非阻塞模式的套接字,它需要使用一个循环来不听的测试是否一个文件描述符有数据可读(称做 polling(轮询))。应用程序不停的 polling 内核来检查是否 I/O操作已经就绪。这将是一个极浪费 CPU资源的操作。这种模式使用中不是很普遍。
I/O多路复用 //针对批量IP操作时,使用I/O多路复用,非常有好。
多路复用的高级之处在于::
它能同时等待多个文件描述符,而这些文件描述符(套接字描述符)其中的任意一个进入读就绪状态,select()函数就可以返回。
我们可以使用信号,让内核在文件描述符就绪的时候使用 SIGIO 信号来通知我们。我们将这种模式称为信号驱动 I/O 模式。
虽然设定套接字为异步 I/O 非常简单,但是使用起来困难的部分是怎样在程序中断定产生 SIGIO信号发送给套接字属主的时候,程序处在什么状态。
l 发生了一个异步 I/O 的错误。
一个对信号驱动 I/O 比较实用的方面是 NTP(网络时间协议 Network Time Protocol)服务器,它使用 UDP。这个服务器的主循环用来接收从客户端发送过来的数据报数据包,然后再发送请求。对于这个服务器来说,记录下收到每一个数据包的具体时间是很重要的。
因为那将是返回给客户端的值,客户端要使用这个数据来计算数据报在网络上来回所花费的时间。图 6-8 表示了怎样建立这样的一个 UDP 服务器。
2、异步 I/O 模式下,内核在所有的操作都已经被内核操作结束之后才会通知我们的应用程序。