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面试题:Linux五大网络IO模型

面试题:Linux五大网络IO模型

「前话」一般说起这个很多兄弟可能会想起来select/epoll的io多路复用机制,其实这也是属于五大网络模型中的其中之一。

「储备知识」 同步IO和异步IO区别

  1. 同步IO:应用程序主动向内核查询是否有可用数据,如果有自己负责把数据从内核copy到用户空间。

  2. 异步IO:应用程序向内核发起读数据请求需要:(1)告诉内核数据存放位置(2)注册回调函数,当内核完成数据copy后调用回调通知应用程序取数据。

「五大网络IO模型:」阻塞IO(同步IO),非阻塞IO(同步IO),IO多路复用(同步IO),信号驱动IO(同步IO),异步IO

阻塞IO

当用户线程发出IO请求之后,内核会去查看数据是否就绪,如果没有就绪就会等待数据就绪,而用户线程就会处于阻塞状态,用户线程交出CPU。当数据就绪之后,用户线程会将内核空间数据拷贝到用户空间,并返回结果给用户线程,用户线程才解除block状态。

非阻塞IO

当用户线程发起一个IO操作后,并不需要等待,而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个error时,它就知道数据还没有准备好,于是它可以再次发送IO操作。一旦内核中的数据准备好了,并且又再次收到了用户线程的请求,那么用户线程马上就将内核空间中数据拷贝到了用户空间,然后返回。

在非阻塞IO模型中,用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪,也就说非阻塞IO不会交出CPU,而会一直占用CPU。这样会导致CPU占用率非常

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IO多路复用

所谓I/O多路复用机制,就是说通过一种机制,可以监视多个描述符,一旦某个描述符就绪(一般是读就绪或者写就绪),能够通知程序进行相应的读写操作。这种机制的使用需要额外的功能来配合:select、poll、epoll。

在多路复用IO模型中,会有一个内核线程不断去轮询多个socket的状态,只有当真正读写事件发生时,才真正调用实际的IO读写操作。因为在多路复用IO模型中,只需要使用一个线程就可以管理多个socket,系统不需要建立新的进程或者线程,也不必维护这些线程和进程,并且只有在真正有读写事件进行时,才会使用IO资源,所以它大大减少了资源占用。

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信号驱动IO

在信号驱动IO模型中,当用户线程发起一个IO请求操作,会给对应的socket注册一个信号函数,然后用户线程会继续执行,当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程,用户线程接收到信号之后,便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。这个一般用于UDP中,对TCP套接口几乎是没用的,原因是该信号产生得过于频繁,并且该信号的出现并没有告诉我们发生了什么事情。

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异步IO

发出请求就返回,剩下的事情会异步自动完成,不需要做任何处理.

「Eg:」在异步IO模型中,当用户线程发起read操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面,从内核的角度,当它受到一个asynchronous read之后,它会立刻返回,说明read请求已经成功发起了,因此不会对用户线程产生任何block。然后,内核会等待数据准备完成,然后将数据拷贝到用户线程,当这一切都完成之后,内核会给用户线程发送一个信号,告诉它read操作完成了。也就说用户线程完全不需要关心实际的整个IO操作是如何进行的,只需要先发起一个请求,当接收内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成,可以直接去使用数据了。

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