程序员一代码搬运工
【Java学习心得和Java学习技术个人总结】

五种IO模型概念

1.阻塞I/O模型

老李去火车站买票,排队三天买到一张退票。

耗费:在车站吃喝拉撒睡 3天,其他事一件没干。

五种IO模型概念

2.非阻塞I/O模型

老李去火车站买票,隔12小时去火车站问有没有退票,三天后买到一张票。耗费:往返车站6次,路上6小时,其他时间做了好多事。

3.I/O复用模型

1.select/poll

老李去火车站买票,委托黄牛,然后每隔6小时电话黄牛询问,黄牛三天内买到票,然后老李去火车站交钱领票。

耗费:往返车站2次,路上2小时,黄牛手续费100元,打电话17次

五种IO模型概念

2.epoll

老李去火车站买票,委托黄牛,黄牛买到后即通知老李去领,然后老李去火车站交钱领票。

耗费:往返车站2次,路上2小时,黄牛手续费100元,无需打电话

4.信号驱动I/O模型

老李去火车站买票,给售票员留下电话,有票后,售票员电话通知老李,然后老李去火车站交钱领票。

耗费:往返车站2次,路上2小时,免黄牛费100元,无需打电话

5.异步I/O模型

老李去火车站买票,给售票员留下电话,有票后,售票员电话通知老李并快递送票上门。

耗费:往返车站1次,路上1小时,免黄牛费100元,无需打电话

对于一次IO访问,数据会先被拷贝到内核的缓冲区中,然后才会从内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。需要经历两个阶段:

  1. 准备数据
  2. 将数据从内核缓冲区拷贝到进程地址空间

由于存在这两个阶段,Linux产生了下面五种IO模型(以socket为例)

阻塞式IO:

当用户进程调用了recvfrom等阻塞方法时,内核进入IO的第1个阶段:准备数据(内核需要等待足够的数据再拷贝)这个过程需要等待,用户进程会被阻塞,等内核将数据准备好,然后拷贝到用户地址空间,内核返回结果,用户进程才从阻塞态进入就绪态

Linux中默认情况下所有的socket都是阻塞的

非阻塞式IO:

当用户进程发出read操作时,如果kernel中的数据还没有准备好,那么它并不会block用户进程,而是立刻返回一个error。

用户进程判断结果是一个error时,它就知道数据还没有准备好,于是它可以再次发送read操作

一旦kernel中的数据准备好了,并且又再次收到了用户进程的system call,那么它马上就将数据拷贝到了用户内存,然后返回

非阻塞IO模式下用户进程需要不断地询问内核的数据准备好了没有

IO多路复用

通过一种机制,一个进程可以监视多个文件描述符(套接字描述符)一旦某个文件描述符就绪(一般是读就绪或者写就绪),能够通知程序进行相应的读写操作(这样就不需要每个用户进程不断的询问内核数据准备好了没)

常用的IO多路复用方式有select、poll和epoll

信号驱动IO:

内核文件描述符就绪后,通过信号通知用户进程,用户进程再通过系统调用读取数据。

此方式属于同步IO(实际读取数据到用户进程缓存的工作仍然是由用户进程自己负责的)

异步IO(POSIX的aio_系列函数)

用户进程发起read操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。内核收到一个异步IO read之后,会立刻返回,不会阻塞用户进程。

内核会等待数据准备完成,然后将数据拷贝到用户内存,当这一切都完成之后,内核会给用户进程发送一个signal告诉它read操作完成了

拓展:为啥出现IO多路复用

如果一个I/O流进来,我们就开启一个进程处理这个I/O流。那么假设现在有一百万个I/O流进来,那我们就需要开启一百万个进程一一对应处理这些I/O流(——这就是传统意义下的多进程并发处理)。思考一下,一百万个进程,你的CPU占有率会多高,这个实现方式及其的不合理。所以人们提出了I/O多路复用这个模型,一个线程,通过记录I/O流的状态来同时管理多个I/O,可以提高服务器的吞吐能力

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