5种IO模型

一、认识IO

什么是IO？ Input(输入)和Output(输出)。

冯诺依曼体系结构中，数据从输入设备拷贝到内存，经过处理后，再从内存拷贝到输出设备。现实情况中，数据并不是那么流畅的进行拷贝操作，而是会进行“等”。比如系统调用recv，当读取条件不满足时，它就会阻塞，当读取条件满足了，拷贝数据并返回结果。

所以总结一下，recv一共就做了两件事：等+拷贝 => IO=等+拷贝

其他系统调用也是一样，比如send，当发送缓冲区满了，就会阻塞，直到有空间腾出来，才能进行发送数据。

什么是高效IO？ 单位时间内，等的比重越低，IO效率越高
高效的IO代码： 减少IO的比重或者等的时间利用起来

二、5种IO模型

1️⃣阻塞IO
在这里插入图片描述

内核准备好数据之前，系统调用会一直等待

2️⃣非阻塞IO
如果系统调用一直长时间等下去，对CPU来说是较大的浪费。
在这里插入图片描述
如果内核还未将数据准备好，系统调用仍然会直接返回，并且返回EWOULDBLOCK 错误码。返回的间隙应用进程可以做别的事情。

3️⃣信号驱动IO
在这里插入图片描述
数据准备好了，内核发送信号通知应用进程可以进行IO操作了。

4️⃣多路转接IO
在这里插入图片描述
与阻塞IO类似，区别在于多路转接IO可以同时等待多个fd的就绪状态。

5️⃣异步IO
在这里插入图片描述
由内核完成数据的拷贝，然后通知应用进程来处理数据（注意：信号驱动IO是发送信号告诉应用进程什么时候来拷贝数据）

阻塞IO与非阻塞IO
等的方式不一样，前者干等，后者轮询式的等待，期间可以做别的事情
同步IO与异步IO
阻塞IO、非阻塞IO、信号驱动IO和多路转接IO是同步IO，最后一个是异步IO。同步IO应用程序的系统调用都有参与IO的操作，异步IO拷贝数据时是内核来完成的
谁最高效？
多路转接IO最高效，栗子：200个人(为一个整体)钓鱼与一个人钓鱼，200个人中任意一个人钓上鱼的概率比一个人钓上鱼的概率要大

三、非阻塞IO代码

系统调用：fcntl

设置非阻塞：

void SetNonblock(int fd)
{int fl = fcntl(fd, F_GETFL);if(fl < 0){return;}fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);
}

1️⃣阻塞IO代码

#include "Comm.hpp"
int main()
{char buffer[1024];while (true){ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (s > 0){buffer[s] = 0;cout << "echo# " << buffer << endl;}else{cout << "读取错误..." << endl;sleep(1);}}return 0;
}

在这里插入图片描述
没有数据等待用户输入，有数据就打印数据

2️⃣非阻塞IO代码

#include "Comm.hpp"
int main()
{char buffer[1024];SetNonblock(0);// 设置非阻塞while (true){ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (s > 0){buffer[s] = 0;cout << "echo# " << buffer << endl;}else{cout << "读取错误..." << endl;sleep(1);}}return 0;
}

在这里插入图片描述

怎么知道是IO条件不就绪，还是读取错误？
打印返回值：

#include "Comm.hpp"
int main()
{char buffer[1024];SetNonblock(0);// 设置非阻塞while (true){ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (s > 0){buffer[s] = 0;cout << "echo# " << buffer << endl;}else{cout << "读取错误... , s: " << s << endl;sleep(1);}}return 0;
}

在这里插入图片描述

注意：IO条件不就绪和读取错误的返回值是一样的

打印错误码：

#include "Comm.hpp"
int main()
{char buffer[1024];SetNonblock(0);// 设置非阻塞while (true){ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (s > 0){buffer[s] = 0;cout << "echo# " << buffer << endl;}else{cout << "读取错误... , s: " << s << " errno: " << errno << endl;sleep(1);}}return 0;
}

在这里插入图片描述
说明是底层IO条件不就绪导致的：

#include "Comm.hpp"
int main()
{char buffer[1024];SetNonblock(0);// 设置非阻塞while (true){ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (s > 0){buffer[s] = 0;cout << "echo# " << buffer << endl;}else{if(errno == EWOULDBLOCK || errno == EAGAIN){cout << "IO条件不就绪, 下次再试下" << endl;sleep(1);continue;}cout << "读取错误..."<< endl;sleep(1);}}return 0;
}