5种IO模型

目录

一、认识IO

什么是IO? Input(输入)和Output(输出)。

冯诺依曼体系结构中,数据从输入设备拷贝到内存,经过处理后,再从内存拷贝到输出设备。现实情况中,数据并不是那么流畅的进行拷贝操作,而是会进行"等"。比如系统调用recv,当读取条件不满足时,它就会阻塞,当读取条件满足了,拷贝数据并返回结果。

所以总结一下,recv一共就做了两件事:等+拷贝 => IO=等+拷贝

其他系统调用也是一样,比如send,当发送缓冲区满了,就会阻塞,直到有空间腾出来,才能进行发送数据。

什么是高效IO? 单位时间内,等的比重越低,IO效率越高
高效的IO代码: 减少IO的比重或者等的时间利用起来

二、5种IO模型

1️⃣阻塞IO

内核准备好数据之前,系统调用会一直等待

2️⃣非阻塞IO

如果系统调用一直长时间等下去,对CPU来说是较大的浪费。

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。返回的间隙应用进程可以做别的事情。

3️⃣信号驱动IO

数据准备好了,内核发送信号通知应用进程可以进行IO操作了。

4️⃣多路转接IO

与阻塞IO类似,区别在于多路转接IO可以同时等待多个fd的就绪状态。

5️⃣异步IO

由内核完成数据的拷贝,然后通知应用进程来处理数据(注意:信号驱动IO是发送信号告诉应用进程什么时候来拷贝数据)

阻塞IO与非阻塞IO

等的方式不一样,前者干等,后者轮询式的等待,期间可以做别的事情

同步IO与异步IO

阻塞IO、非阻塞IO、信号驱动IO和多路转接IO是同步IO,最后一个是异步IO。同步IO应用程序的系统调用都有参与IO的操作,异步IO拷贝数据时是内核来完成的

谁最高效?

多路转接IO最高效,栗子:200个人(为一个整体)钓鱼与一个人钓鱼,200个人中任意一个人钓上鱼的概率比一个人钓上鱼的概率要大

三、非阻塞IO代码

系统调用:fcntl

设置非阻塞:

cpp 复制代码
void SetNonblock(int fd)
{
    int fl = fcntl(fd, F_GETFL);
    if(fl < 0)
    {
        return;
    }
    fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);
}

1️⃣阻塞IO代码

cpp 复制代码
#include "Comm.hpp"
int main()
{
    char buffer[1024];
    while (true)
    {
        ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if (s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            cout << "echo# " << buffer << endl;
        }
        else
        {
            cout << "读取错误..." << endl;
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

没有数据等待用户输入,有数据就打印数据

2️⃣非阻塞IO代码

cpp 复制代码
#include "Comm.hpp"
int main()
{
    char buffer[1024];
    SetNonblock(0);// 设置非阻塞
    while (true)
    {
        ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if (s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            cout << "echo# " << buffer << endl;
        }
        else
        {
            cout << "读取错误..." << endl;
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

怎么知道是IO条件不就绪,还是读取错误?

打印返回值:

cpp 复制代码
#include "Comm.hpp"
int main()
{
    char buffer[1024];
    SetNonblock(0);// 设置非阻塞
    while (true)
    {
        ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if (s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            cout << "echo# " << buffer << endl;
        }
        else
        {
            cout << "读取错误... , s: " << s << endl;
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

注意:IO条件不就绪和读取错误的返回值是一样的

打印错误码:

cpp 复制代码
#include "Comm.hpp"
int main()
{
    char buffer[1024];
    SetNonblock(0);// 设置非阻塞
    while (true)
    {
        ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if (s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            cout << "echo# " << buffer << endl;
        }
        else
        {
            cout << "读取错误... , s: " << s << " errno: " << errno << endl;
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

说明是底层IO条件不就绪导致的:

cpp 复制代码
#include "Comm.hpp"
int main()
{
    char buffer[1024];
    SetNonblock(0);// 设置非阻塞
    while (true)
    {
        ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);
        if (s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            cout << "echo# " << buffer << endl;
        }
        else
        {
            if(errno == EWOULDBLOCK || errno == EAGAIN)
            {
                cout << "IO条件不就绪, 下次再试下" << endl;
                sleep(1);
                continue;
            }
            cout << "读取错误..."<< endl;
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

如果有输入数据,这些数据会被按顺序读取,按回车后通过显示器设备打印出来(显示器也有输入缓冲区和输出缓冲区)

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