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图解I/O模型

  本文带你鸟瞰I/O模型全貌,希望可以让你对I/O模型有一个直观的认识

[TOC]

什么是I/O?

  I/O就是计算机内存和外部设备之间拷贝数据的过程。
  那么I/O模型主要解决的问题是什么呢?程序通过CPU,请求外部设备上的数据。而数据拷贝到内存里需要一定的时间,在这个时间里,程序是主动让出CPU时间?还是让CPU不断的去查数据是否是到了?
  I/O模型就是用来解决这个决策问题。

I/O的过程?

  首先我们要明白。I/O通讯涉及到两个非常重要的对象。
  1.程序执行时的用户线程
  2.操作系统内核
  操作系统将进程的地址空间分为用户空间内核空间,用户线程是没有办法从内核空间直接获取数据,需要将数据从内核空间拷贝到用户空间,再获取用户空间的数据。
  所以任何I/O模型,网路数据的读取都可以分为2部分。
  1.用户线程等待内核将网卡中的数据,拷贝到内核空间
  2.内核将数据从内核空间拷贝到用户空间。
  各个I/O模型的区别就是实现这两个步骤的方法不同

同步阻塞 I/O

  用户线程发起read请求后就阻塞了,让出CPU,内核会等待网卡数据的到来,然后吧数据拷贝到内核空间,从内核空间拷贝到用户空间,再唤醒用户线程。

同步非阻塞 I/O

  用户线程不断发起read请求,数据没到内核空间时,每次都返回失败,直到数据到了内核空间,此时再调用read会阻塞,等待内核将内核空间的数据拷贝到用户空间,再唤醒用户线程。

I/O多路复用

  这里把用户线程的读取操作分为了2步,线程先发送select调用,问内核是否将数据准备好了,等数据准备好了,用户线程再发起read调用,在等待数据从内核空间拷贝到用户空间这段时间里,线程仍是阻塞的,一次select请求可以向内核查询多个数据通道(channel)的状态,所以才叫多路复用

异步I/O

  用户发起的read调用,会注册一个回调函数,read立即返回,等到内核将数据准备好后,调用回调函数完成处理,整个过程中,用户线程一直没有被阻塞

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