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本文目的是深入浅出理解高级I/O相关的知识,结尾附上代码加深理解相关知识。
五种I/O模型
1.阻塞I/O: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。
2.非阻塞I/O:如果内核还未将数据准备好,系统调用仍然会直接返回,并且返回EWOULDBLOCK错误码。非阻塞I/O往往需要程序员利用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来说是较大的浪费,一般只有特定场景下才使用。
3.信号驱动I/O:内核将数据准备好的时候,使用SIGIO信号通知应用程序进行I/O操作。
4.I/O多路转接:同时等待多个文件描述符的就绪状态。
5.异步I/O:由内核在数据拷贝给用户空间完成时,通知应用程序处理(这里和信号驱动I/O不同,信号驱动是通知应用程序何时可以开始拷贝数据)。所以异步是最偷懒的,只需要等待数据到来就可以,并不需要等待数据就绪,也不用拷贝,操作系统就帮上层做了。
总结:任何I/O过程中,都包含两个步骤,一是等待 ,二是拷贝。并且在实际的应用场景中,等待消耗的时间往往都远远高于拷贝的时间。为了让I/O更高效,最核心的办法就是让等待时间尽量少。
阻塞和非阻塞
阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果(消息,返回值)时的状态。
阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起,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即得到结果之前,该调用不会阻塞当前线程。
非阻塞I/O
fcntl函数
fcntl函数有五种功能:
1.复制一个现有的描述符(cmd=F_DUPFD)
2.获得/设置文件描述符标记(cmd=F_GETFD或F_SETFD)
3.获得/设置文件状态标记(cmd=F_GETFL或F_SETFL)
4.获得/设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN)
5.获得/设置记录锁(cmd=F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW)
我们此处只是用第三种功能 , 获取 / 设置文件状态标记 , 就可以将一个文件描述符设置为非阻塞。
下面是关于fcntl函数的代码: 因为放在这里有点长不太好看,我单独弄了一篇文章。
fcntl函数 非阻塞轮询_小鳄鱼爱吃薯片的博客-CSDN博客
I/O多路复用之Select、Poll、与Epoll
为了防止文章冗余,下面省略了select、poll的代码并附有链接。
Select:Select简易代码
Poll:Poll简易代码
Epoll:
Select、Poll、Epoll的优缺点