IO模型。IO模型

59 阅读 0 评论 39 点赞

我是靠谱客的博主真实红牛，最近开发中收集的这篇文章主要介绍IO模型。IO模型，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

IO模型

场景假设：
假设妈妈有一个孩子，孩子在房间里睡觉，妈妈需要及时获知孩子是否醒了，如何做？
1.时不时进房间看一下：简单，空闲时间还能干点别的，但是很累
2.进到房间陪着孩子一起睡觉，孩子醒了会吵醒妈妈：不累，但是不能干别的了
3.妈妈在客厅干活，小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈：互不耽误

阻塞型模型

●当程序调用某些接口时，如果期望的动作无法触发，那么进程会进入阻塞态（等待状态，让出CPU的调度），当期望动作可以被触发了，那么会被唤醒，然后处理事务。
●阻塞I/O模式是最普遍使用的I/O模式，大部分程序使用的都是阻塞模式的I/

读操作中的：read、recv、recvfrom、gets
写操作中的：write、send
其他操作：accept、connect

程序运行后使用top命令查看资源占用非常小

非阻塞型模型

●当一个应用程序使用了非阻塞模式的套接字，它需要使用一个循环来不停地测试是否一个文件描述符有数据可读（称做轮询）。
●应用程序不停的轮询内核来检查是否I/O操作已经就绪。这将是一个极浪费CPU资源的操作。
在这里插入图片描述

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ...);

功能：
   获取/改变文件属性(linux中一切皆文件)
参数：
	fd：文件描述符
	cmd：设置的命令
		F_GETFL  //获取文件的属性
		F_SETFL  //设置文件的属性
	第三个参数:由第二个参数决定，set时候需要设置的值,get时候填0

返回值：
	文件状态标志(文件的属性)  
	-1 :失败

更改文件的某些标志位：先读后改再写（位操作）
文件的位标志可以在帮助文档查看：man 2 open

int flag;//文件状态的标志 
flag = fcntl(fd, F_GETFL); //读 
flag |= O_NONBLOCK;//改  O_NONBLOCK = 0x00004000
fcntl(fd, F_SETFL, flag);//写

异步IO模型

●通过信号方式，当内核检测到设备数据后，会主动给应用发送信号SIGIO。
●应用程序收到信号后做异步处理即可。
●应用程序需要把自己的进程号告诉内核，并打开异步通知机制。

//将APP进程号告诉驱动程序
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

//使能异步通知
int flag;
flag = fcntl(fd, F_GETFL);
flag |= O_ASYNC;  //也可以用FASYNC标志
fcntl(fd, F_SETFL, flag);

signal(SIGIO, handler);

场景假设二
假设妈妈有三个孩子，分别不同的房间里睡觉，需要及时获知每个孩子是否醒了，如何做？
1.不停进每个房间看一下：简单，空闲时间还能干点别的，但是很累
2.把三个房间的门都打开，在客厅睡觉，同时监听所有房间的哭声，如果被哭声吵醒，那么能准确定位某个房间，及时处理即可：既能得到休息，也能及时获知每个孩子的状态。

IO多路复用

●应用程序中同时处理多路输入输出流，若采用阻塞模式，将得不到预期的目的；
●若采用非阻塞模式，对多个输入进行轮询，但又太浪费CPU时间；
●若设置多个进程/线程，分别处理一条数据通路，将新产生进程/线程间的同步与通信问题，使程序变得更加复杂；
●比较好的方法是使用I/O多路复用技术。其基本思想是：
○先构造一张文件描述符的表（最大1024），然后调用一个函数。
○当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O时函数才返回。
○函数返回时告诉进程那个描述符已就绪，可以进行I/O操作。

API接口

以下提到的监听表，都是位表，第几位被置位，那么就代表这个文件描述符需要被监听或者有数据

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
                  fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
功能：
	实现IO的多路复用
参数：
	nfds：关注的最大的文件描述符+1
	readfds：关注的读表
	writefds：关注的写表
	exceptfds：关注的异常表
	timeout：超时的设置
		NULL：一直阻塞，直到有文件描述符就绪或出错
		时间值为0：仅仅检测文件描述符集的状态，然后立即返回
		时间值不为0：在指定时间内，如果没有事件发生，则超时返回0，并清空设置的时间值

struct timeval {
	long tv_sec;		/* 秒 */
	long tv_usec;	/* 微秒 = 10^-6秒 */
};
		
返回值：
	准备好的文件描述符的个数
	-1 ：失败：
	0：超时检测时间到并且没有文件描述符准备好	

注意：
	select返回后，关注列表中只存在准备好的文件描述符

void FD_CLR(int fd, fd_set *set); //清除集合中的fd位
void FD_SET(int fd, fd_set *set);//将fd放入关注列表中
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//判断fd是否在集合中  是--》1   不是---》0
void FD_ZERO(fd_set *set);//清空关注列表

总结
阻塞模型：不占用CPU，但是不能同时处理多个设备
非阻塞模型：能同时处理多个设备，但是非常耗费CPU
异步IO/信号驱动IO：完全解放了主线程，有数据会主动通知，异步调用处理方法，但是也不能同时处理多个设备。
IO多路复用：既能同时处理多个设备，又不占用CPU