Linux下同步模式、异步模式、阻塞调用、非阻塞调用总结

2013-01-17  clover_xi...

Linux下同步模式、异步模式、阻塞调用、非阻塞调用总结

分类: 网络编程 1347人阅读评论(1)收藏举报

同步和异步:与消息的通知机制有关。

 

本质区别

现实例子

同步模式

由处理消息者自己去等待消息是否被触发

我去银行办理业务,选择排队等,排到头了就办理。

异步模式

由触发机制来通知处理消息者

我去银行办理业务,取一个小纸条上面有我的号码,等到排到我这一号时由柜台的人通知我轮到我去办理业务。

 

阻塞与非阻塞:与线程等待消息(无所谓同步或者异步)时的状态有关。

 

本质区别

现实例子

阻塞调用

线程挂起,不能做其他事。

上面的那个例子,不论是排队还是使用号码等待通知,如果在这个等待的过程中,等待者除了等待消息之外不能做其它的事情,那么该机制就是阻塞的。

非阻塞调用

线程活跃,能处理其他事。

在银行办理这些业务的时候一边打打电话发发短信一边等待,这样的状态就是非阻塞的。

 

它们之间的组合应用举例:

 

阻塞调用

非阻塞调用

同步模式

read/write

read/write

O_NONBLOCK

异步模式

IO复用:select/poll,epoll(LT模式)

AIO系列:aio_readaio_write等;epoll(ET模式)

 

同步阻塞IO

最常用的一个模型是同步阻塞 I/O 模型。在这个模型中,用户空间的应用程序执行一个系统调用,这会导致应用程序阻塞。这意味着应用程序会一直阻塞,直到系统调用完成为止(数据传输完成或发生错误)。调用应用程序处于一种不再消费 CPU 而只是简单等待响应的状态,因此从处理的角度来看,这是非常有效的。

1 给出了传统的阻塞 I/O 模型,这也是目前应用程序中最为常用的一种模型。其行为非常容易理解,其用法对于典型的应用程序来说都非常有效。在调用 read 系统调用时,应用程序会阻塞并对内核进行上下文切换。然后会触发读操作,当响应返回时(从我们正在从中读取的设备中返回),数据就被移动到用户空间的缓冲区中。然后应用程序就会解除阻塞(read 调用返回)。

 

图1. 同步阻塞 I/O 模型的典型流程

从应用程序的角度来说,read 调用会延续很长时间。实际上,在内核执行读操作和其他工作时,应用程序的确会被阻塞。

 

同步非阻塞I/O

同步阻塞 I/O 的一种效率稍低的变种是同步非阻塞 I/O。在这种模型中,设备是以非阻塞的形式打开的。这意味着 I/O 操作不会立即完成,read 操作可能会返回一个错误代码,说明这个命令不能立即满足(EAGAIN EWOULDBLOCK),如图 2 所示。

 

2. 同步非阻塞 I/O 模型的典型流程

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(轮询)。这可能效率不高,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。正如图 2 所示的一样,这个方法可以引入 I/O 操作的延时,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。

 

异步阻塞IO

另外一个阻塞解决方案是带有阻塞通知的非阻塞 I/O。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。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。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。

 

3 异步阻塞IO模型的典型流程(select

select 调用的主要问题是它的效率不是非常高。尽管这是异步通知使用的一种方便模型,但是对于高性能的 I/O 操作来说不建议使用。

 

异步非阻塞IO

最后,异步非阻塞 I/O 模型是一种处理与 I/O 重叠进行的模型。读请求会立即返回,说明 read 请求已经成功发起了。在后台完成读操作时,应用程序然后会执行其他处理操作。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。

 

4 异步非阻塞IO模型的典型流程

在一个进程中为了执行多个 I/O 请求而对计算操作和 I/O 处理进行重叠处理的能力利用了处理速度与 I/O 速度之间的差异。当一个或多个 I/O 请求挂起时,CPU 可以执行其他任务;或者更为常见的是,在发起其他 I/O 的同时对已经完成的 I/O 进行操作。

异步IO的动机  

从前面 I/O 模型的分类中,我们可以看出 AIO 的动机。这种阻塞模型需要在 I/O 操作开始时阻塞应用程序。这意味着不可能同时重叠进行处理和 I/O 操作。同步非阻塞模型允许处理和 I/O 操作重叠进行,但是这需要应用程序根据重现的规则来检查 I/O 操作的状态。这样就剩下异步非阻塞 I/O 了,它允许处理和 I/O 操作重叠进行,包括 I/O 操作完成的通知。

除了需要阻塞之外,select 函数所提供的功能(异步阻塞 I/O)与 AIO 类似。不过,它是对通知事件进行阻塞,而不是对 I/O 调用进行阻塞。

 

转载:

http://blog.chinaunix.net/u3/99982/showart_1996295.html

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/

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