幽默讲解 linux 的 Socket IO 模型

LavBrookshi 3年前
   <h3><strong>前言</strong></h3>    <p>之前有看到用很幽默的方式讲解Windows的socket IO模型,借用这个故事,讲解下linux的socket IO模型;</p>    <p>老陈有一个在外地工作的女儿,不能经常回来,老陈和她通过信件联系。</p>    <p>他们的信会被邮递员投递到他们小区门口的收发室里。这和Socket模型非常类似。</p>    <p>下面就以老陈接收信件为例讲解linux的 Socket I/O模型。</p>    <h3><strong>一、同步阻塞模型</strong></h3>    <p>老陈的女儿第一次去外地工作,送走她之后,老陈非常的挂心她安全到达没有;</p>    <p>于是老陈什么也不干,一直在小区门口收发室里等着她女儿的报平安的信到;</p>    <p>这就是linux的同步阻塞模式;</p>    <p>在这个模式中,用户空间的应用程序执行一个系统调用,并阻塞,</p>    <p>直到系统调用完成为止(数据传输完成或发生错误)。</p>    <p>Socket设置为阻塞模式,当socket不能立即完成I/O操作时,进程或线程进入等待状态,直到操作完成。</p>    <p>如图1所示:</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/9c4ce6f080f599dd55d5a66f904bd0e4.jpg"></p>    <pre>  <code class="language-cpp">/*  * \brief  * tcp client  */        #include  #include  #include  #include  #include  #define SERVPORT 8080  #define MAXDATASIZE 100        int main(int argc, char *argv[])  {    int sockfd, recvbytes;    char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */    char snd_buf[MAXDATASIZE];    struct hostent *host;            /* struct hostent                                       * {                                       * char *h_name; // general hostname                                       * char **h_aliases; // hostname's alias                                       * int h_addrtype; // AF_INET                                       * int h_length;                                       * char **h_addr_list;                                       * };                                       */    struct sockaddr_inserver_addr;          if (argc < 3)    {      printf("Usage:%s [ip address] [any string]\n", argv[0]);      return 1;    }          *snd_buf = '\0';    strcat(snd_buf, argv[2]);          if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)    {      perror("socket:");      exit(1);    }          server_addr.sin_family = AF_INET;    server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);    inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);    memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);          /* create the connection by socket     * means that connect "sockfd" to "server_addr"     * 同步阻塞模式     */    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)    {      perror("connect");      exit(1);    }          /* 同步阻塞模式  */    if (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), 0) == -1)    {      perror("send:");      exit(1);    }    printf("send:%s\n", snd_buf);          /* 同步阻塞模式  */    if ((recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1)    {      perror("recv:");      exit(1);    }          rcv_buf[recvbytes] = '\0';    printf("recv:%s\n", rcv_buf);          close(sockfd);    return 0;  }  </code></pre>    <p>显然,代码中的connect, send, recv都是同步阻塞工作模式,</p>    <p>在结果没有返回时,程序什么也不做。</p>    <p>这种模型非常经典,也被广泛使用。</p>    <p>优势在于非常简单,等待的过程中占用的系统资源微乎其微,程序调用返回时,必定可以拿到数据;</p>    <p>但简单也带来一些缺点,程序在数据到来并准备好以前,不能进行其他操作,</p>    <p>需要有一个线程专门用于等待,这种代价对于需要处理大量连接的服务器而言,是很难接受的。</p>    <h3><strong>二、同步非阻塞模型</strong></h3>    <p>收到平安信后,老陈稍稍放心了,就不再一直在收发室前等信;</p>    <p>而是每隔一段时间就去收发室检查信箱;</p>    <p>这样,老陈也能在间隔时间内休息一会,或喝杯荼,看会电视,做点别的事情;</p>    <p>这就是同步非阻塞模型;</p>    <p>同步阻塞 I/O 的一种效率稍低的变种是同步非阻塞 I/O。</p>    <p>在这种模型中,系统调用是以非阻塞的形式打开的。</p>    <p>这意味着 I/O 操作不会立即完成, 操作可能会返回一个错误代码,</p>    <p>说明这个命令不能立即满足(EAGAIN 或 EWOULDBLOCK),</p>    <p>非阻塞的实现是 I/O 命令可能并不会立即满足,需要应用程序调用许多次来等待操作完成。</p>    <p>这可能效率不高,</p>    <p>因为在很多情况下,当内核执行这个命令时,应用程序必须要进行忙碌等待,直到数据可用为止,或者试图执行其他工作。</p>    <p>因为数据在内核中变为可用到用户调用 read 返回数据之间存在一定的间隔,这会导致整体数据吞吐量的降低。</p>    <p>如图2所示:</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/efd1ffd1275ade579a7858450586ebd9.jpg"></p>    <pre>  <code class="language-cpp">/*  * \brief  * tcp client  */        #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include     #define SERVPORT 8080  #define MAXDATASIZE 100     int main(int argc, char *argv[])  {    int sockfd, recvbytes;    char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */    char snd_buf[MAXDATASIZE];    struct hostent *host;            /* struct hostent                                       * {                                       * char *h_name; // general hostname                                       * char **h_aliases; // hostname's alias                                       * int h_addrtype; // AF_INET                                       * int h_length;                                       * char **h_addr_list;                                       * };                                       */    struct sockaddr_inserver_addr;    int flags;    int addr_len;          if (argc < 3)    {      printf("Usage:%s [ip address] [any string]\n", argv[0]);      return 1;    }          *snd_buf = '\0';    strcat(snd_buf, argv[2]);          if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)    {      perror("socket:");      exit(1);    }          server_addr.sin_family = AF_INET;    server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);    inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);    memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);    addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);          /* Setting socket to nonblock */    flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);    fcntl(sockfd, flags|O_NONBLOCK);          /* create the connection by socket     * means that connect "sockfd" to "server_addr"     * 同步阻塞模式      */    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)    {      perror("connect");      exit(1);    }          /* 同步非阻塞模式 */    while (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), MSG_DONTWAIT) == -1)    {      sleep(10);      printf("sleep\n");    }    printf("send:%s\n", snd_buf);       /* 同步非阻塞模式 */    while ((recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, MSG_DONTWAIT)) == -1)    {      sleep(10);      printf("sleep\n");    }          rcv_buf[recvbytes] = '\0';    printf("recv:%s\n", rcv_buf);          close(sockfd);    return 0;  }  </code></pre>    <p>这种模式在没有数据可以接收时,可以进行其他的一些操作,</p>    <p>比如有多个socket时,可以去查看其他socket有没有可以接收的数据;</p>    <p>实际应用中,这种I/O模型的直接使用并不常见,因为它需要不停的查询,</p>    <p>而这些查询大部分会是无必要的调用,白白浪费了系统资源;</p>    <p>非阻塞I/O应该算是一个铺垫,为I/O复用和信号驱动奠定了非阻塞使用的基础。</p>    <p>我们可以使用 fcntl(fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);</p>    <p>将套接字标志变成非阻塞,调用recv,</p>    <p>如果设备暂时没有数据可读就返回-1,同时置errno为EWOULDBLOCK(或者EAGAIN,这两个宏定义的值相同),</p>    <p>表示本来应该阻塞在这里(would block,虚拟语气),事实上并没有阻塞而是直接返回错误,调用者应该试着再读一次(again)。</p>    <p>这种行为方式称为轮询(Poll),调用者只是查询一下,而不是阻塞在这里死等,这样可以同时监视多个设备:</p>    <p>while(1)</p>    <p>{</p>    <p>非阻塞read(设备1);</p>    <p>if(设备1有数据到达)</p>    <p>处理数据;</p>    <p>非阻塞read(设备2);</p>    <p>if(设备2有数据到达)</p>    <p>处理数据;</p>    <p>…………………………</p>    <p>}</p>    <p>如果read(设备1)是阻塞的,那么只要设备1没有数据到达就会一直阻塞在设备1的read调用上,</p>    <p>即使设备2有数据到达也不能处理,使用非阻塞I/O就可以避免设备2得不到及时处理。</p>    <p>非阻塞I/O有一个缺点,如果所有设备都一直没有数据到达,调用者需要反复查询做无用功,如果阻塞在那里,</p>    <p>操作系统可以调度别的进程执行,就不会做无用功了,在实际应用中非阻塞I/O模型比较少用</p>    <h3><strong>三、I/O 复用(异步阻塞)模式</strong></h3>    <p>频繁地去收发室对老陈来说太累了,在间隔的时间内能做的事也很少,而且取到信的效率也很低.</p>    <p>于是,老陈向小区物业提了建议;</p>    <p>小区物业改进了他们的信箱系统:</p>    <p>住户先向小区物业注册,之后小区物业会在已注册的住户的家中添加一个提醒装置,</p>    <p>每当有注册住房的新的信件来临,此装置会发出 “新信件到达”声,</p>    <p>提醒老陈去看是不是自己的信到了。</p>    <p>这就是异步阻塞模型;</p>    <p>在这种模型中,配置的是非阻塞 I/O,然后使用阻塞 select 系统调用来确定一个 I/O 描述符何时有操作。</p>    <p>使 select 调用非常有趣的是它可以用来为多个描述符提供通知,而不仅仅为一个描述符提供通知。</p>    <p>对于每个提示符来说,我们可以请求这个描述符可以写数据、有读数据可用以及是否发生错误的通知</p>    <p>I/O复用模型能让一个或多个socket可读或可写准备好时,应用能被通知到;</p>    <p>I/O复用模型早期用select实现,它的工作流程如下图:</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/545359c13a870f930038f9e4078ab936.jpg"></p>    <p>用select来管理多个I/O,当没有数据时select阻塞,如果在超时时间内数据到来则select返回,</p>    <p>再调用recv进行数据的复制,recv返回后处理数据。</p>    <p>下面的C语言实现的例子,它从网络上接受数据写入一个文件中:</p>    <pre>  <code class="language-cpp">/*  * \brief  * tcp client  */  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include     #include  #include  #include  #define SERVPORT 8080  #define MAXDATASIZE 100  #define TFILE "data_from_socket.txt"     int main(int argc, char *argv[])  {    int sockfd, recvbytes;    char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */    char snd_buf[MAXDATASIZE];    struct hostent *host;            /* struct hostent                                       * {                                       * char *h_name; // general hostname                                       * char **h_aliases; // hostname's alias                                       * int h_addrtype; // AF_INET                                       * int h_length;                                       * char **h_addr_list;                                       * };                                       */    struct sockaddr_inserver_addr;       /* */    fd_setreadset, writeset;    int check_timeval = 1;    struct timevaltimeout={check_timeval,0}; //阻塞式select, 等待1秒,1秒轮询    int maxfd;    int fp;    int cir_count = 0;    int ret;       if (argc < 3)    {      printf("Usage:%s [ip address] [any string]\n", argv[0]);      return 1;    }       *snd_buf = '\0';    strcat(snd_buf, argv[2]);       if ((fp = open(TFILE,O_WRONLY)) < 0)    //不是用fopen    {      perror("fopen:");      exit(1);    }       if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)    {      perror("socket:");      exit(1);    }       server_addr.sin_family = AF_INET;    server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);    inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);    memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);          /* create the connection by socket     * means that connect "sockfd" to "server_addr"     */    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)    {      perror("connect");      exit(1);    }       /**/    if (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), 0) == -1)    {      perror("send:");      exit(1);    }    printf("send:%s\n", snd_buf);       while (1)    {      FD_ZERO(&readset);            //每次循环都要清空集合,否则不能检测描述符变化      FD_SET(sockfd, &readset);    //添加描述符            FD_ZERO(&writeset);      FD_SET(fp,    &writeset);            maxfd = sockfd > fp ? (sockfd+1) : (fp+1);    //描述符最大值加1            ret = select(maxfd, &readset, NULL, NULL, NULL);  // 阻塞模式      switch( ret)      {        case -1:          exit(-1);          break;        case 0:          break;        default:          if (FD_ISSET(sockfd, &readset))  //测试sock是否可读,即是否网络上有数据          {            recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, MSG_DONTWAIT);            rcv_buf[recvbytes] = '\0';            printf("recv:%s\n", rcv_buf);                  if (FD_ISSET(fp, &writeset))            {              write(fp, rcv_buf, strlen(rcv_buf));  // 不是用fwrite            }            goto end;          }      }      cir_count++;      printf("CNT : %d \n",cir_count);    }        end:    close(fp);    close(sockfd);    return 0;  }  </code></pre>    <p>perl实现:</p>    <pre>  <code class="language-cpp">#! /usr/bin/perl  ###############################################################################  # \File  #  tcp_client.pl  # \Descript  #  send message to server  ###############################################################################  use IO::Socket;  use IO::Select;              #hash to install IP Port  %srv_info =(     #"srv_ip"  => "61.184.93.197",        "srv_ip"  => "192.168.1.73",        "srv_port"=> "8080",        );     my $srv_addr = $srv_info{"srv_ip"};  my $srv_port = $srv_info{"srv_port"};     my $sock = IO::Socket::INET->new(        PeerAddr => "$srv_addr",        PeerPort => "$srv_port",        Type    => SOCK_STREAM,        Blocking => 1,  #     Timeout  => 5,        Proto    => "tcp")  or die "Can not create socket connect. $@";     $sock->send("Hello server!\n", 0) or warn "send failed: $!, $@";  $sock->autoflush(1);     my $sel = IO::Select->new($sock);  while(my @ready = $sel->can_read)  {    foreach my $fh(@ready)    {      if($fh == $sock)      {        while()        {          print $_;        }        $sel->remove($fh);        close $fh;      }    }  }  $sock->close();  </code></pre>    <h3><strong>四、信号驱动 I/O 模型</strong></h3>    <p>老陈接收到新的信件后,一般的程序是:</p>    <p>打开信封—-掏出信纸 —-阅读信件—-回复信件 ……</p>    <p>为了进一步减轻用户负担,小区物业又开发了一种新的技术:</p>    <p>住户只要告诉小区物业对信件的操作步骤,小区物业信箱将按照这些步骤去处理信件,</p>    <p>不再需要用户亲自拆信 /阅读/回复了!</p>    <p>这就是信号驱动I/O模型</p>    <p>我们也可以用信号,让内核在描述字就绪时发送SIGIO信号通知我们。</p>    <p>首先开启套接口的信号驱动 I/O功能,并通过sigaction系统调用安装一个信号处理函数。</p>    <p>该系统调用将立即返回,我们的进程继续工作,也就是说没被阻塞。</p>    <p>当数据报准备好读取时,内核就为该进程产生一个SIGIO信号,</p>    <p>我们随后既可以在信号处理函数中调用recvfrom读取数据报,并通知主循环数据已准备好待处理,</p>    <p>也可以立即通知主循环,让它读取数据报。</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/13fcc688ff0c630231051f957bbf6063.jpg"></p>    <p>无论如何处理SIGIO信号,这种模型的优势在于等待数据报到达期间,进程不被阻塞,主循环可以继续执行,</p>    <p>只要不时地等待来自信号处理函数的通知:既可以是数据已准备好被处理,也可以是数据报已准备好被读取。</p>    <h3><strong>五、异步非阻塞模式</strong></h3>    <p>linux下的asynchronous IO其实用得很少。</p>    <p>与前面的信号驱动模型的主要区别在于:信号驱动 I/O是由内核通知我们何时可以启动一个 I/O操作,</p>    <p>而异步 I/O模型是由内核通知我们 I/O操作何时完成 。</p>    <p>先看一下它的流程:</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/632f60fc2c42087d23bbdd230d0b89f0.jpg"></p>    <p>这就是异步非阻塞模式</p>    <p>以read系统调用为例</p>    <p>steps:</p>    <p>a. 调用read;</p>    <p>b. read请求会立即返回,说明请求已经成功发起了。</p>    <p>c. 在后台完成读操作这段时间内,应用程序可以执行其他处理操作。</p>    <p>d. 当 read 的响应到达时,就会产生一个信号或执行一个基于线程的回调函数来完成这次 I/O 处理过程。</p>    <pre>  <code class="language-cpp">/*  * \brief  * tcp client  */     #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include     #include  #include  #include  #define SERVPORT 8080  #define MAXDATASIZE 100  #define TFILE "data_from_socket.txt"              int main(int argc, char *argv[])  {    int sockfd, recvbytes;    char rcv_buf[MAXDATASIZE]; /*./client 127.0.0.1 hello */    char snd_buf[MAXDATASIZE];    struct hostent *host;            /* struct hostent                                       * {                                       * char *h_name; // general hostname                                       * char **h_aliases; // hostname's alias                                       * int h_addrtype; // AF_INET                                       * int h_length;                                       * char **h_addr_list;                                       * };                                       */    struct sockaddr_inserver_addr;                /* */    fd_setreadset, writeset;    int check_timeval = 1;    struct timevaltimeout={check_timeval,0}; //阻塞式select, 等待1秒,1秒轮询    int maxfd;    int fp;    int cir_count = 0;    int ret;                if (argc < 3)    {      printf("Usage:%s [ip address] [any string]\n", argv[0]);      return 1;    }                *snd_buf = '\0';    strcat(snd_buf, argv[2]);                if ((fp = open(TFILE,O_WRONLY)) < 0)    //不是用fopen    {      perror("fopen:");      exit(1);    }                if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)    {      perror("socket:");      exit(1);    }                server_addr.sin_family = AF_INET;    server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);    inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr);    memset(&(server_addr.sin_zero), 0, 8);                /* create the connection by socket     * means that connect "sockfd" to "server_addr"     */    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)    {      perror("connect");      exit(1);    }                /**/    if (send(sockfd, snd_buf, sizeof(snd_buf), 0) == -1)    {      perror("send:");      exit(1);    }    printf("send:%s\n", snd_buf);                while (1)    {      FD_ZERO(&readset);            //每次循环都要清空集合,否则不能检测描述符变化      FD_SET(sockfd, &readset);    //添加描述符            FD_ZERO(&writeset);      FD_SET(fp,    &writeset);            maxfd = sockfd > fp ? (sockfd+1) : (fp+1);    //描述符最大值加1            ret = select(maxfd, &readset, NULL, NULL, &timeout);  // 非阻塞模式      switch( ret)      {        case -1:          exit(-1);          break;        case 0:          break;        default:          if (FD_ISSET(sockfd, &readset))  //测试sock是否可读,即是否网络上有数据          {            recvbytes = recv(sockfd, rcv_buf, MAXDATASIZE, MSG_DONTWAIT);            rcv_buf[recvbytes] = '\0';            printf("recv:%s\n", rcv_buf);                        if (FD_ISSET(fp, &writeset))            {              write(fp, rcv_buf, strlen(rcv_buf));  // 不是用fwrite            }            goto end;          }      }      timeout.tv_sec = check_timeval;    // 必须重新设置,因为超时时间到后会将其置零            cir_count++;      printf("CNT : %d \n",cir_count);    }        end:    close(fp);    close(sockfd);          return 0;  }  </code></pre>    <p>server端程序:</p>    <pre>  <code class="language-cpp">/*  * \brief  * tcp server  */  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #define SERVPORT 8080  #define BACKLOG 10 // max numbef of client connection  #define MAXDATASIZE 100              int main(char argc, char *argv[])  {    int sockfd, client_fd, addr_size, recvbytes;    char rcv_buf[MAXDATASIZE], snd_buf[MAXDATASIZE];    char* val;    struct sockaddr_inserver_addr;    struct sockaddr_inclient_addr;    int bReuseaddr = 1;                char IPdotdec[20];                /* create a new socket and regiter it to os .     * SOCK_STREAM means that supply tcp service,     * and must connect() before data transfort.     */    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)    {      perror("socket:");      exit(1);    }          /* setting server's socket */    server_addr.sin_family = AF_INET;        // IPv4 network protocol    server_addr.sin_port = htons(SERVPORT);    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // auto IP detect    memset(&(server_addr.sin_zero),0, 8);          setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const char*)&bReuseaddr, sizeof(int));    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(struct sockaddr))== -1)    {      perror("bind:");      exit(1);    }          /*     * watting for connection ,     * and server permit to recive the requestion from sockfd     */    if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) // BACKLOG assign thd max number of connection    {      perror("listen:");      exit(1);                                                                    }                                                                                                                                                            while(1)                                                                      {                                                                                addr_size = sizeof(struct sockaddr_in);                                                                                                                      /*                                                                             * accept the sockfd's connection,                                             * return an new socket and assign far host to client_addr                     */                                                                            printf("watting for connect...\n");                                            if ((client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_size)) == -1)        {                                                                                /* Nonblocking mode */                                                        perror("accept:");                                                            continue;                                                                    }                                                                                                                                                            /* network-digital to ip address */                                            inet_ntop(AF_INET, (void*)&client_addr, IPdotdec, 16);                        printf("connetion from:%d : %s\n",client_addr.sin_addr, IPdotdec);                                                                                          //if (!fork())                                                                {                                                                                /* child process handle with the client connection */                                                                                                        /* recive the client's data by client_fd */                                    if ((recvbytes = recv(client_fd, rcv_buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1)              {                                                                                perror("recv:");                                                              exit(1);                                                                    }                                                                              rcv_buf[recvbytes]='\0';                                                      printf("recv:%s\n", rcv_buf);                                                                                                                                                                                                              *snd_buf='\0';                                                                strcat(snd_buf, "welcome");                                                                                                                                  sleep(3);                                                                      /* send the message to far-hosts by client_fd */                              if (send(client_fd, snd_buf, strlen(snd_buf), 0) == -1)                        {                                                                                perror("send:");                                                              exit(1);                                                                    }                                                                              printf("send:%s\n", snd_buf);                                                                                                                                close(client_fd);                                                              //exit(1);                                                                  }                                                                                                                                                            //close(client_fd);                                                          }          return 0;                                                                    }  </code></pre>    <p>用户进程发起read操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。</p>    <p>而另一方面,从kernel的角度,当它受到一个asynchronous read之后,首先它会立刻返回,</p>    <p>所以不会对用户进程产生任何block。</p>    <p>然后,kernel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,</p>    <p>kernel会给用户进程发送一个signal,告诉它read操作完成了。</p>    <h3><strong>六、总结</strong></h3>    <p>到目前为止,已经将四个IO Model都介绍完了。</p>    <p>现在回过头来回答两个问题:</p>    <ul>     <li>blocking和non-blocking的区别在哪?</li>     <li>synchronous IO和asynchronous IO的区别在哪。</li>    </ul>    <p>先回答最简单的这个:blocking vs non-blocking。</p>    <p>前面的介绍中其实已经很明确的说明了这两者的区别。</p>    <ul>     <li>调用blocking IO会一直block住对应的进程直到操作完成,</li>     <li>而non-blocking IO在kernel还在准备数据的情况下会立刻返回。</li>    </ul>    <p>在说明synchronous IO和asynchronous IO的区别之前,需要先给出两者的定义。</p>    <p>Stevens给出的定义(其实是POSIX的定义)是这样子的:</p>    <ul>     <li>A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes;</li>     <li>An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;</li>    </ul>    <p>两者的区别就在于:</p>    <p>synchronous IO做”IO operation”的时候会将process阻塞。</p>    <p>按照这个定义,之前所述的blocking IO,non-blocking IO,IO multiplexing都属于synchronous IO。</p>    <p>有人可能会说,non-blocking IO并没有被block啊。这里有个非常“狡猾”的地方,</p>    <ul>     <li>定义中所指的”IO operation”是指真实的IO操作,就是例子中的recvfrom这个system call。<br> non-blocking IO在执行recvfrom这个system call的时候,如果kernel的数据没有准备好,这时候不会block进程。<br> 但是,当kernel中数据准备好的时候,recvfrom会将数据从kernel拷贝到用户内存中,<br> 这个时候进程是被block了,在这段时间内,进程是被block的。</li>     <li>而asynchronous IO则不一样,当进程发起IO 操作之后,就直接返回再也不理睬了,<br> 直到kernel发送一个信号,告诉进程说IO完成。在这整个过程中,进程完全没有被block。</li>    </ul>    <p>各个IO Model的比较如图所示:</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/c9005784dee95ff08edef418aca8e3c8.jpg"></p>    <p>经过上面的介绍,会发现non-blocking IO和asynchronous IO的区别还是很明显的:</p>    <p>. 在non-blocking IO中,虽然进程大部分时间都不会被block,但是它仍然要求进程去主动的check,</p>    <p>并且当数据准备完成以后,也需要进程主动的再次调用recvfrom来将数据拷贝到用户内存。</p>    <p>. 而asynchronous IO则完全不同。它就像是用户进程将整个IO操作交给了他人(kernel)完成,</p>    <p>然后他人做完后发信号通知。在此期间,用户进程不需要去检查IO操作的状态,也不需要主动的去拷贝数据。</p>    <p>最后,再举几个不是很恰当的例子来说明这五个IO Model:</p>    <p>有A,B,C,D,E五个人钓鱼:</p>    <p>. A用的是最老式的鱼竿,所以呢,得一直守着,等到鱼上钩了再拉杆;</p>    <p>. B的鱼竿有个功能,能够显示是否有鱼上钩,所以呢,B就和旁边的MM聊天,</p>    <p>隔会再看看有没有鱼上钩,有的话就迅速拉杆;</p>    <p>. C用的鱼竿和B差不多,但他想了一个好办法,就是同时放好几根鱼竿,然后守在旁边,</p>    <p>一旦有显示说鱼上钩了,它就将对应的鱼竿拉起来;</p>    <p>. D是个有钱人,他没耐心等, 但是又喜欢钓上鱼的快感,所以雇了个人,一旦那个人发现有鱼上钩,</p>    <p>就会通知D过来把鱼钓上来;</p>    <p>. E也是个有钱人,干脆雇了一个人帮他钓鱼,一旦那个人把鱼钓上来了,就给E发个短信。</p>    <p> </p>    <p>来自:http://blog.jobbole.com/107592/</p>    <p> </p>