本文我們主要來了解一下Unix/Linux下5種網絡IO模型：blocking IO, nonblocking IO, IO multiplexing, signal driven IO, asynchronous IO的基本原理，更好的理解在高級語言中的異步編程，一起來看看吧，希望對大家學習linux有所幫助。

寫在前面

為了更好的理解下面提到的Linux下5種網絡IO的概念，我們還是有必要先理清幾個概念。

1.程序空間與內核空間

在Linux中，對于一次讀取IO的操作，數據并不會直接拷貝到程序的程序緩沖區。它首先會被拷貝到操作系統內核的緩沖區中，然后才會從操作系統內核的緩沖區拷貝到應用程序的緩沖區。p.s:?最后一句話非常重要，重復一遍。

1. Waiting for the data to be ready(等待數據到達內核緩沖區)

2.Copying the data from the kernel to the process(從內核緩沖區拷貝數據到程序緩沖區)

2.阻塞與非阻塞

阻塞就是說我們某一個請求不能立即得到返回應答，否則就可以理解為非阻塞。

3.同步IO與異步IO

這里先直接引用Stevens(POSIX)在Unix網絡編程中的定義：

A synchronous I/O operation causes the requesting process?to?be blocked?until?that I/O operation completes. An asynchronous I/O operation does?not?cause the requesting process?to?be blocked.

對于同步與異步，我們可以用一個簡單的生活場景來描述。當我們排隊在實體店買東西可以視作同步，而網購則可以視作異步。實體店排隊這種同步情形顯然是非常的浪費時間，等待的這段時間我們被阻塞住了不能干其他的事情，而網購只要我們提交一下訂單之后其他什么都不用管了，商品到了，快遞員給我們發送一個信號(打電話)我們直接到門口去拿，等待的這段時間我們可以用來擼代碼。

p.s:?等你閱讀完文章的后面部分，回過頭來看異步其實就是將等待的這段時間去處理IO操作，把CPU(我們的大腦)讓出來做其他更有價值的事情(擼代碼)，而不是像同步那樣去傻傻地排隊。更加詳細準確的定義可以在閱讀完本文后面部分后參考維基百科。

4.文件描述符

在Linux下面一切皆文件， 文件描述符(file descriptor)是內核為文件所創建的索引 ，所有I/O操作都通過調用文件描述符(索引)來執行，包括下面我們要提到的socket。Linux剛啟動的時候會自動設置0是標準輸入，1是標準輸出，2是標準錯誤。

5種網絡IO模型

1.blocking IO(阻塞IO)

如圖所示，進程調用一個recvfrom請求，但是它不能立刻收到回復，直到數據返回，然后將數據從內核空間復制到程序空間。這里我們再次回顧開篇提到的兩個過程：

1.Waiting for the data to be ready(等待數據到達內核緩沖區)

2.Copying the data from the kernel to the process(從內核緩沖區拷貝數據到程序緩沖區)

注意到沒有，在上面這兩個過程中，進程都處于blocked(阻塞)狀態，在等待數據返回的過程中不能空閑出來干其他的事情。

2.nonblocking IO(非阻塞IO)

當我們設置一個socket為nonblocking(非阻塞)，相當于告訴內核當我們請求的IO操作不能立即得到返回結果，不要把進程設置為sleep狀態，而是返回一個錯誤信息(下圖中的EWOULDBLOCK)。

我們來分析一下圖片中的整個流程。前三次我們調用recvfrom請求，但是并沒有數據返回，所以內核只能返回一個錯誤信息(EWOULDBLOCK)。但是當我們第四次調用recvfrom，數據已經準備好了，然后將它從內核空間復制到程序空間。

在非阻塞狀態下，我們的過程一(wait for data)并不是完全的阻塞的，但是過程二(copy data from kernel to user)依然處于一個阻塞狀態。

3.IO multiplexing(IO復用)

IO復用的好處是我們可以通過(select/poll/epoll)一個時刻處理多個文件描述符，這里以select為例來分析一下。

IO復用實際上也是完全阻塞的，請仔細看圖(圖中我們有兩個return，前面我們都只有一個return)，Stevens在書中提到這里并沒有阻塞在recfrom階段而是阻塞在select階段，其實這樣說并不是非常的嚴謹，因為recform其實也是一個阻塞過程(圖中也描述了)，recvfrom過程中進程除了等待copy data from kernel to user以外，并不能空閑出來干其他事情。

兩個過程的都是阻塞的，看起來IO復用和阻塞IO相比似乎并沒有什么優勢，而且還需要兩個return，但是這里注意在IO復用中我們可以同時監聽多個文件描述符。

4.signal driven IO(信號驅動IO)

我們也可以使用信號驅動IO，要求內核通知我們當文件描述符準備就緒以后發送相應的信號。

我們根據圖片來分析一下。?階段1:?我們首先設置socket為一個信號驅動IO，并且通過sigaction system call安裝一個signal handler，注意這個過程是瞬時的，所以這個階段是非阻塞的。?階段2?:?當數據已經準備好了以后，一個SIGIO信號傳送給我們的進程告訴我們數據準備好了，然后進程開始等待數據從內核空間復制到程序空間(copy data from kernel to user)，這個過程是阻塞的，因為我們的進程只能等待數據復制完畢。

5.asynchronous IO(異步IO)

我們來看一下異步的概念，異步就是說對于上面兩個步驟(wait for data?和copy of the data from the kernel to our buffer)當它們完成的時候會自動通知進程，在這段時間里面進程什么都不用操心，就像網購一樣，下了單什么也不用管了等著快遞員通知我們(即我們通常所說的callback)。?相比前面的信號驅動IO，異步IO兩個階段都是非阻塞的。

6.小結

阻塞式IO(默認)，非阻塞式IO(nonblock)，IO復用(select/poll/epoll)，signal driven IO(信號驅動IO)都是屬于同步型IO，因為在第二個階段:?從內核空間拷貝數據到程序空間的時候不能干別的事。只有異步I/O模型(AIO)才是符合我們上面對于異步型IO操作的含義，在1.wait for data，2.copy data from kernel to user，這兩個等待/接收數據的時間段內進程可以干其他的事情，只要等著被通知就可以了。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux 网络io命令详解,Linux下五种网络IO模型详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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