高效能伺服器程式框架1 I O模型

在學習linux高效能伺服器程式框架時，學到了i/o模型。

linux下的五種i/o模型：

關於同步與非同步，阻塞與非阻塞的概念，在我以前的部落格裡面有詳細的介紹，戳這裡啦！

程序會一直阻塞，直到資料拷貝完成

針對阻塞i/o執行的系統呼叫可能因為無法立即完成而被作業系統掛起，直到等待的事件發生為止。

比如，客戶端通過 connect 向伺服器發起連線時，connect 將首先傳送同步報文段給伺服器，然後等待伺服器返回確認報文段。如果伺服器的確認報文段沒有立即到達客戶端，則 connect 呼叫將被掛起，直到客戶端收到確認報文段並喚醒 connect 呼叫。

socket 的基礎 api 中，可能被阻塞的系統呼叫包括 accept、send、 recv 和 connect。

如下圖：在呼叫 recv(recvfrom) 函式時，發生在核心中等待資料和複製資料過程。

非阻塞i/o執行的系統呼叫則總是立即返回，而不管事件是否已經發生。

如果事件沒有立即發生，這些系統呼叫就返回-1，和出錯的情況一樣。此時我們必須根據 errno 來區分這兩種情況。

對 accept、send 和 recv 而言，事件未發生時 ermo 通常被設定成 eagain (意為「再來一次」)，或者ewouldblock ( 意為「期望阻塞」)；對 connect 而言，erno 則被設定成 einprogress (意為「在處理中」)。

如下圖：

很顯然，我們只有在事件已經發生的情況下，操作非阻塞i/o (讀、寫等)，才能提高程式的效率。因此，非阻塞i/o通常要和其他i/o通知機制一起使用，比如i/o復用和sigio訊號。

i/o復用是最常使用的io通知機制。

i/o復用指應用程式通過i/o復用函式向核心註冊一組事件，核心通過io復用函式把其中就緒的事件通知給應用程式。

linux 上常用的i/o復用函式是 select、poll 和 epoll wait 。需要指出的是，i/o復用函式本身是阻塞的，它們能提高程式效率的原因在於其具有同時監聽多個i/o事件的能力。

如下圖：

兩次呼叫，兩次返回

sigio訊號也可以用來報告i/o事件。我們可以為乙個目標檔案描述符指定宿主程序，那麼被指定的宿主程序將捕獲到sigio訊號。這樣，當目標檔案描述符上有事件發生時，sigio 訊號的訊號處理函式將被觸發，我們也就可以在該訊號處理函式中對目標檔案描述符執行非阻塞i/o操作了。

如下圖：

資料拷貝的時候程序無需阻塞

使用者可以直接對i/o執行讀寫操作，這些操作告訴核心使用者讀寫緩衝區的位置，以及i/o操作完成之後核心通知應用程式的方式。

非同步io的讀寫操作總是立即返回，而不論i/o是否是阻塞的，因為真正的讀寫操作已經由核心接管。

也就是說，同步i/o模型要求使用者**自行執行i/o操作（將資料從核心緩衝區讀入使用者緩衝區，或將資料從使用者緩衝區寫入核心緩衝區）；而非同步io機制則由核心來執行i/o操作（資料在核心緩衝區和使用者緩衝區之間的移動是由核心在「後台」完成的）。

可以這樣認為，同步i/o向應用程式通知的是i/o就緒事件，而非同步i/o向應用程式通知的是i/o完成事件。linux 環境下，aio.h 標頭檔案中定義的函式提供了對非同步i/o的支援。

如下圖：

傳送門：

高效能伺服器程式框架2——事件處理模式

高效能伺服器程式框架3——併發模式