目录
[1. 五种IO模型](#1. 五种IO模型)
[2. 高级IO重要概念](#2. 高级IO重要概念)
[2.1 同步通信 vs 异步通信(synchronous communication/ asynchronouscommunication)](#2.1 同步通信 vs 异步通信(synchronous communication/ asynchronouscommunication))
[2.2 阻塞 VS 非阻塞](#2.2 阻塞 VS 非阻塞)
[3. 非阻塞IO](#3. 非阻塞IO)
[3.1 fcntl](#3.1 fcntl)
[3.2 实现函数SetNoBlock](#3.2 实现函数SetNoBlock)
[3.3 代码的实现](#3.3 代码的实现)
1. 五种IO模型
五种IO模型就是解决IO通信时，如何高效通信的问题。
例子：钓鱼
钓鱼 = 等 + 钓 ！！！ 高效的钓鱼 = 等的比重，非常低，单位时间内，钓鱼的效率很高！！！
- 阻塞IO: 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。
阻塞IO是最常见的IO模型。
- 非阻塞IO: 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IO往往需要程序员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。
- 信号驱动IO: 内核将数据准备好的时候, 使用SIGIO信号通知应⽤程序进行IO操作。(用的不多，SIGIO信号默认是没有开启的)
- IO多路转接: 虽然从流程图上看起来和阻塞IO类似。实际上最核心在于IO多路转接能够同时等待多个⽂件描述符的就绪状态。
select 、poll、epoll 只解决等的问题，拷贝依旧是之前老的IO函数来做，但是一次只能等到 1个fd。select 、poll、epoll一次能等待多个 fd。
- 异步IO: 由内核在数据拷贝完成时, 通知应用程序(而信号驱动是告诉应用程序何时可以开始拷贝数据，不太常用)。
小结
任何IO过程中, 都包含两个步骤. 第⼀是等待, 第二是拷贝。而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。 让IO更高效, 最核心的办法就是让等待的时间尽量少。
2. 高级IO重要概念
2.1 同步通信 vs 异步通信(synchronous communication/ asynchronous
communication)
同步和异步关注的是消息通信机制。
- 所谓同步，就是在发出⼀个调⽤时，在没有得到结果之前，该调⽤就不返回. 但是⼀旦调⽤返回，就得到返回值了; 换句话说，就是由调⽤者主动等待这个调⽤的结果;
- 异步则是相反，调⽤在发出之后，这个调⽤就直接返回了，所以没有返回结果; 换句话说，当⼀个异步过程调⽤发出后，调⽤者不会⽴刻得到结果; ⽽是在调⽤发出后，被调⽤者通过状态、通知来通知调⽤者，或通过回调函数处理这个调⽤。
另外, 在之前的多进程多线程的时候, 也提到同步和互斥. 这⾥的同步通信和进程之间的同步是完全不相⼲的概念。
- 进程/线程同步也是进程/线程之间直接的制约关系
- 是为完成某种任务而简历的两个或多个线程，这个线程需要在某些位置上协调他们的⼯作次序而等待、传递信息所产⽣的制约关系.。尤其是在访问临界资源的时候。
在以后看到 "同步" 这个词的时候，一定要搞清楚是同步通信异步通信的同步，还是同步与互斥中的同步。二者是没有任何关系的。同步IO和异步IO的区分：只要参加了 等 + 拷贝的任意一项就是同步IO，一项都没参加的话就是异步IO。
什么叫做IO模型？
模型就是一种规律，IO的情况只有这五种！！要么是五种当中的一种，要么是任意多个的组合！大部分都是阻塞式IO！
2.2 阻塞 VS 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刻得到结果之前，该调⽤不会阻塞当前线程。
3. 非阻塞IO
3.1 fcntl
例子：scanf()
scanf() 函数，键盘不进行输入的话，就会被阻塞住，阻塞住的原因是读条件不就绪，读条件不就绪就会阻塞住。阻塞是OS自动做的。
代码：将阻塞变为非阻塞
open() 函数中的 flag 参数，默认是阻塞的方式打开的，flag当中可以设置一个选项：O_NONBLOCK
recv() 函数中的 flag 参数也是可以进行设置的：
一旦设置了，如果底层文件描述符没有数据的话，此时recv就会出错返回。
如何设计非阻塞？将 fd 直接设置为非阻塞的方式 -> fcntl（上层即便用阻塞的接口，它也是非阻塞的。任何文件在底层都有 struct file 结构体，包含了 int flag 、int mode，一个文件究竟是阻塞还是非阻塞本质就是 struct file 结构体中的flag标志位是否被设置NONBLOCK，此时上层是阻塞的接口来调用的话，依旧是非阻塞的。）
fcntl 函数常见的5种功能：
- 复制⼀个现有的描述符（cmd=F_DUPFD）
- 获得/设置⽂件描述符标记 (cmd=F_GETFD或F_SETFD)
- 获得/设置⽂件状态标记 (cmd=F_GETFL或F_SETFL)
- 获得/设置异步I/O所有权 (cmd=F_GETOWN或F_SETOWN)
- 获得/设置记录锁 (cmd=F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW)
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。
3.2 实现函数SetNoBlock
cpp
void SetNoBlock(int fd) {
int fl = fcntl(fd, F_GETFL);
if (fl < 0)
{
perror("fcntl");
return;
}
fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK); // 设置fd为非阻塞！
}之前是阻塞的就是因为没有设置上面的代码中的标志位。
返回值：失败返回 -1
3.3 代码的实现
以 read() 为例，因为 read() 是默认的阻塞式的IO。
cpp
// testNonBlock.cc
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
void SetNonBlock(int sockfd)
{
int f1 = fcntl(sockfd, F_GETFL);
if (f1 < 0)
{
perror("fcntl");
return;
}
fcntl(sockfd, F_SETFL, f1 | O_NONBLOCK); // O_NONBLOCK：设置fd为非阻塞
}
int main()
{
// 默认标准输入是阻塞的！
char buffer[64];
while (true)
{
ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1); // sizeof(buffer)：期望读取的大小 n：实际读取的大小
if (n > 0)
{
buffer[n] = 0;
printf("##%s", buffer);
}
else if (n == 0)
{
printf("read end of file!\n");
}
else
{
perror("read");
}
}
}运行结果：阻塞式IO
变为非阻塞式IO：
运行结果：没有卡住
以上信息是它打出来的：
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
返回值：
调用系统函数失败，最关心的就是为什么会失败？？？全局变量：errno，当一个库函数或系统调用失败，该函数自动设置errno，表明该函数所对应的错误码！！！多进程中errno会写时拷贝，多线程中errno是线程局部存储，errno变量每个线程一旦修改，调用库函数，修改errno，每个线程都有自己的errno，互相不冲突。errno会线程安全的在多线程多进程中使用。错误码就会告诉我们是真的出错了还是其他情况！！！
cpp
printf("read error, reat ret: %ld, errno:%d\n", n, errno);
将错误码准换成错误码的字符串描述：
cpp
printf("read error, reat ret: %ld, errno:%d, err msg:%s\n", n, errno, strerror(errno));
之前用到的perror函数，就是拿着错误码转成错误码描述，上个函数出错了，将全局变量errno设置了。
cpp
// errno = 11 -> EAGAIN or EWOULDBLOCK (两个宏值)
cpp
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
void SetNonBlock(int sockfd)
{
int f1 = fcntl(sockfd, F_GETFL);
if (f1 < 0)
{
perror("fcntl");
return;
}
fcntl(sockfd, F_SETFL, f1 | O_NONBLOCK); // O_NONBLOCK：设置fd为非阻塞
}
int main()
{
SetNonBlock(0); // 设置非阻塞只需要设置一次就行了
// 默认标准输入是阻塞的！
char buffer[64];
while (true)
{
ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1); // sizeof(buffer)：期望读取的大小 n：实际读取的大小
if (n > 0)
{
buffer[n] = 0;
printf("##%s", buffer);
}
else if (n == 0)
{
printf("read end of file!\n");
break;
}
else
{
// IO非阻塞，你就是不输入 -> 读条件不满足 -> 以后讨论IO问题，全部站在内存(进程)视角，看待IO
// read 会以出错形式返回！
// 读条件不满足算真的出错了吗？---- 严格来说不算出错！！！
// 为什么read()返回值 < 0 ???
// a.真的IO出错了
// b.其他情况，被迫返回小于0！！！
// perror("read"); // Resource temporarily unavailable
// printf("read error, reat ret: %ld, errno:%d, err msg:%s\n", n, errno, strerror(errno));
// EAGAIN or EWOULDBLOCK
// errno = 11 -> EAGAIN or EWOULDBLOCK (两个宏值)
if(errno == EAGAIN || errno ==EWOULDBLOCK )
{
printf("你的数据没有准备好，下次再来！！\n");
// 做其他事情 ！
continue;
}
else
{
perror("raed error\n");
}
sleep(1);
}
}
}轮询检测：
在读数据之前，IO函数可能会被信号给中断。回来的时候，继续read()
cpp
if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)
{
printf("你的数据没有准备好，下次再来！！\n");
// 做其他事情 ！
sleep(1);
continue;
}
if (errno == EINTR)
{
sleep(1);
// 信号中断，回来的时候，继续read
continue;
}
else
{
perror("raed error\n");
}
为什么用标准输入来演示，为什么不用标准输出？？？
---- 因为标准输出，大部分的情况下输出条件都是满足的！！输出缓冲区默认是空的，输出条件默认是满足的，所以printf这些接口不会卡住，看不到卡住的现象，很难看到现象。标准输入没有数据时，比较容易看到现象。