io模型初探

1.什么是IO

操作系统负责计算机的资源管理和进程调度。应用需要经过操作系统，才能做一些特殊操作，如磁盘读写，内存读写等。

应用程序要把数据写入磁盘，只能通过调用操作系统开放出来的API来操作。

应用程序在用户空间，不存在实质的io过程，真正的io在操作系统执行，应用程序发起一次IO操作包含两个阶段：

• IO调用 ：应用程序向操作系统内核发起调用
• IO执行： 操作系统内核完成IO操作

操作系统内核完成IO操作还包括两个过程：

• 准备数据阶段：内核等待I/O设备准备号数据
• 拷贝数据阶段：将数据从内核缓冲区，拷贝到用户进程缓冲区

其实io就是把进程内部数据转移到外部设备，或者把外部设备的数据迁移到进程内部。外部设备一般指 硬盘，socket通讯的网卡。一个完整的io过程包括这几个步骤

1. 应用向操作系统发起io调用请求
2. 操作系统准备数据，把io外部设备的数据，加载到内核缓冲区
3. 操作系统拷贝数据，即将内核缓冲区的数据，拷贝到用户进程缓冲区

3. IO模型

3.1 阻塞io

知道什么是io了，什么是阻塞io呢？

应用程序进程发起io调用，如果内核的数据还没有准备好的话，应用程序进程就一直在阻塞等待，一直等内核数据准备好了，从内核拷贝到用户空间，才返回成功提示，此次io操作，称之为阻塞io

缺点：内核数据一直没准备好，用户进程一直阻塞，浪费性能，

3.2 非阻塞io

内核数据没准备好，可以先返回错误信息给用户进程，让他不需要等待，而是通过轮询的方式再来请求，这就是非阻塞io

非阻塞IO的流程如下：

1. 应用进程向操作系统内核，发起recvfrom读取数据。

2. 操作系统内核数据没有准备好，立即返回EWOULDBLOCK错误码。

3. 应用程序进程轮询调用，继续向操作系统内核发起recvfrom读取数据。

4. 操作系统内核数据准备好了，从内核缓冲区拷贝到用户空间。

5. 完成调用，返回成功提示。

   即NIO，即non-blocking io，

   缺点：相对于阻塞io，虽然大幅度提升性能，频繁的轮询，导致频繁的系统调用，同事会消耗大量的cpu资源，可以考零分io复用模型。

3.3 io多路复用

既然nio无效轮询导致cpu资源消耗，等我们内核数据准备好了，主动通知应用进程再去进行系统调用

文件描述符 fd File Descriptor,是计算机科学一个术语，形式上是一个非负整数，当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。

io复用模型核心思路：系统给我们提供一类函数（select poll epoll）,可以同时监控多个fd操作。任何一个返回内核数据就绪，应用进程再发起recvfrom系统调用

3.3.1 多路复用之select

应用进程通过调用select函数，可以同时监控多个fd，再

3.4 信号驱动 io模型

3.5 io模型 异步io

3.6 阻塞 非阻塞 同步 异步io划分

4 BIO NIO AIO

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