网络I/O模型

一、I/O

    一个I/O,两个过程（等待，数据搬迁  【都由自己执行】）。

二、I/O 模型 ---  Unix下共有5种I/O模型

I/O中，同步和异步关注的是消息通信机制。

同步：由 调用者 主动等待这个 调用的结果。

异步：当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在 调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用,因而 没有返回结果。

（一）类型

1. 阻塞I/O模型

    应用程序调用一个IO函数，导致应用程序阻塞，等待数据准备好。

    如果数据没有准备好，一直等待。数据准备好了，从内核拷贝到用户空间。

2. 非阻塞I/O模型

    把一个套接口设置为 非阻塞，即 告诉内核，当所请求的I/O操作无法完成时，不要将进程睡眠，而是返回一个错误。这样我们的I/O操作函数将不断的测试 数据是否已经准备好，如果没有准备好，继续测试，直到数据准备好为止。在这个不断测试的过程中，会大量的占用CPU的时间。

3. I/O复用模型 

   （1） I/O复用模型会用到 select或者poll函数，这两个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操作函数。

   （2） 相关函数

#include <sys/select.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,

             fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

       // 参数timeout 为结构timeval，用来设置select()的等待时间

//timeout：特定的时间值：如果在指定的时间段里没有事件发生，select将超时返回

       NULL：select（）没有timeout，select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件。

       0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生。

返回值：

     执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数.

     如果返回0代表在描述词状态改变前已超过timeout时间，没有返回；

     当有错误发生时则返回-1，错误原因存于errno，此时参数readfds，writefds，exceptfds和timeout的值变成不可预测。

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//清除描述词组set中相关fd 的位

int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//测试描述词组set中相关fd 的位是否为真

void FD_SET(int fd, fd_set *set);//设置描述词组set中相关fd的位

void FD_ZERO(fd_set *set);//清除描述词组set的全部位

    int pselect(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,

             const struct timespec *timeout,const sigset_t *sigmask);

4. 信号驱动I/O模型 

   首先允许套接口进行信号驱动I/O,并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。

5. 异步I/O模型

   （1） 调用aio_read函数，告诉内核描述字，缓冲区指针，缓冲区大小，文件偏移以及通知的方式，然后立即返回。当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。

   （2） 相关函数   

        #include <aio.h>

        int aio_read(struct aiocb *aiocbp);    Link with -lrt

        返回值：成功 0，失败 -1

（二）比较

同步I/O:

    阻塞I/O模型：一直等待

    非阻塞阻塞I/O模型：在等待过程中还可以执行其他进程/线程

        【以上两者：仅等待方式不同，其他相同】

    信号驱动I/O模型：等待方式以 信号驱动

    I/O复用模型：一个进程等待多个线程

异步I/O:

    异步I/O模型：由其他线程执行 等待和数据搬迁，自己只关注 结果