Linux IO模型深度解析与实战应用
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发布时间：2024-09-17 21:36
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时间：2024-09-29 03:50
一、这里IO是什么
操作系统设有用户态与内核态，确保系统安全。应用程序默认在用户态运行，而执行如IO操作等底层任务时，需切换至内核态以高效执行。
服务器从网络接收的大致流程如下：
1、数据通过计算机网络来到了网卡
2、把网卡的数据读取到 socket 缓冲区
3、把 socket 缓冲区读取到用户缓冲区，之后应用程序就可以使用
核心就是两次读取操作，五大 IO 模型的不同之处也就在于这两个读取操作怎么交互
二、同步/异步和阻塞/非阻塞
三、五种io模型
1.阻塞io
应用调用`recvfrom`读取数据时，系统调用将阻塞直到数据包到达并复制到应用缓冲区或发生错误。此期间，进程保持阻塞状态，即阻塞IO。内核准备数据前，系统调用将持续等待。所有套接字默认采用阻塞模式，确保数据完整接收。
2.非阻塞io
应用申请读取数据时，若内核数据未就绪，系统会立即通知应用并返回EWOULDBLOCK错误码，避免应用无谓等待。非阻塞IO要求程序员通过循环方式不断尝试读写文件描述符，确保高效的数据处理。
3.io多路复用
线程监控多网络请求（通过fd文件描述符），实现数据状态查询。一旦数据就绪，立即分配线程读取，确保高效处理网络数据流。
下面给出一个应用系统和内核之间的流程图
4.信号驱动
信号驱动IO在sigaction调用时建立SIGIO信号联系，内核数据就绪时通过SIGIO通知线程。线程收到可读信号后，发起recvfrom请求读取数据。此模型下，应用线程发出监控信号后可立即返回，无阻塞，因此单个线程能同时监控多个文件描述符（fd），显著提高效率。
下面给出一个应用系统和内核之间的流程图
5. 异步IO：应用仅发送读取请求后即刻返回，内核建立信号联系。数据就绪时，内核自动将数据复制到用户空间。完成所有操作后，内核通知应用，实现高效的数据传输与响应。
四、五种io对比
前四种模型在数据读取阶段均为阻塞操作，属于同步IO。而异步IO模型在整个IO流程中均保持非阻塞状态，实现了真正的异步处理。
