網絡I/O模型

一、I/O

    一個I/O,兩個過程（等待，數據搬遷  【都由自己執行】）。

二、I/O 模型 ---  Unix下共有5種I/O模型

I/O中，同步和異步關注的是消息通信機制。

同步：由 調用者 主動等待這個 調用的結果。

異步：當一個異步過程調用發出后，調用者不會立刻得到結果。而是在 調用發出后，被調用者通過狀態、通知來通知調用者，或通過回調函數處理這個調用,因而 沒有返回結果。

（一）類型

1. 阻塞I/O模型

    應用程序調用一個IO函數，導致應用程序阻塞，等待數據準備好。

    如果數據沒有準備好，一直等待。數據準備好了，從內核拷貝到用戶空間。

2. 非阻塞I/O模型

    把一個套接口設置為 非阻塞，即 告訴內核，當所請求的I/O操作無法完成時，不要將進程睡眠，而是返回一個錯誤。這樣我們的I/O操作函數將不斷的測試 數據是否已經準備好，如果沒有準備好，繼續測試，直到數據準備好為止。在這個不斷測試的過程中，會大量的占用CPU的時間。

3. I/O復用模型 

   （1） I/O復用模型會用到 select或者poll函數，這兩個函數也會使進程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，這兩個函數可以同時阻塞多個I/O操作。而且可以同時對多個讀操作，多個寫操作的I/O函數進行檢測，直到有數據可讀或可寫時，才真正調用I/O操作函數。

   （2） 相關函數

#include <sys/select.h>

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

             fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

       // 參數timeout 為結構timeval，用來設置select()的等待時間

//timeout：特定的時間值：如果在指定的時間段里沒有事件發生，select將超時返回

       NULL：select（）沒有timeout，select將一直被阻塞，直到某個文件描述符上發生了事件。

       0：僅檢測描述符集合的狀態，然后立即返回，并不等待外部事件的發生。

返回值：

     執行成功則返回文件描述詞狀態已改變的個數.

     如果返回0代表在描述詞狀態改變前已超過timeout時間，沒有返回；

     當有錯誤發生時則返回-1，錯誤原因存于errno，此時參數readfds，writefds，exceptfds和timeout的值變成不可預測。

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);//清除描述詞組set中相關fd 的位

int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);//測試描述詞組set中相關fd 的位是否為真

void FD_SET(int fd, fd_set *set);//設置描述詞組set中相關fd的位

void FD_ZERO(fd_set *set);//清除描述詞組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. 信號驅動I/O模型 

   首先允許套接口進行信號驅動I/O,并安裝一個信號處理函數，進程繼續運行并不阻塞。當數據準備好時，進程會收到一個SIGIO信號，可以在信號處理函數中調用I/O操作函數處理數據。

5. 異步I/O模型

   （1） 調用aio_read函數，告訴內核描述字，緩沖區指針，緩沖區大小，文件偏移以及通知的方式，然后立即返回。當內核將數據拷貝到緩沖區后，再通知應用程序。

   （2） 相關函數   

        #include <aio.h>

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

        返回值：成功 0，失敗 -1

（二）比較

同步I/O:

    阻塞I/O模型：一直等待

    非阻塞阻塞I/O模型：在等待過程中還可以執行其他進程/線程

        【以上兩者：僅等待方式不同，其他相同】

    信號驅動I/O模型：等待方式以 信號驅動

    I/O復用模型：一個進程等待多個線程

異步I/O:

    異步I/O模型：由其他線程執行 等待和數據搬遷，自己只關注 結果