UNIX系統(tǒng)的IO模型.doc

UNIX系統(tǒng)的IO模型 其實并非原創(chuàng)，只是摘錄了Stevens的大作UNIX網(wǎng)絡(luò)編程，寫下來，一、加深理解和記憶；二、書是借的，記錄一下備忘。感謝臻，借我此書一閱，受益匪淺。6.2 I/O模型阻塞式I/O；非阻塞式I/O；I/O復(fù)用；信號驅(qū)動式I/O；異步I/O；一個輸入操作通常包括兩個不同的階段：1）等待數(shù)據(jù)準備好；2）從內(nèi)核向進程復(fù)制數(shù)據(jù)；對于一個套接字上的輸入操作，第一步通常涉及等待數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)中到達。當所等待分組到達時，它被復(fù)制到內(nèi)核中的某個緩沖區(qū)。第二步就是把數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)復(fù)制到應(yīng)用進程緩沖區(qū)。6.2.1阻塞式I/O模型最流行的I/O模型是阻塞式I/O（blocking I/O）模型，默認情況下，所有套接字都是阻塞的。以數(shù)據(jù)報套接字作為例子，我們有如圖6-1所示的情形。圖6-1阻塞式I/O模型在圖6-1中，進程調(diào)用recvfrom，其系統(tǒng)調(diào)用直到數(shù)據(jù)報到達且被復(fù)制到應(yīng)用進程的緩沖區(qū)中或者發(fā)生錯誤才返回。我們說進程在從調(diào)用recvfrom開始到它返回的整段時間內(nèi)是被阻塞的。recvfrom成功返回后，應(yīng)用進程開始處理數(shù)據(jù)報。6.2.2非阻塞式I/O模型進程把一個套接字設(shè)置成非阻塞是在通知內(nèi)核：當所請求的I/O操作非得把本進程投入睡眠才能完成時，不要把本進程投入睡眠，而是返回一個錯誤。非阻塞式I/O(notblocking I/O)模型如圖6-2所示：圖6-2非阻塞式I/O模型前三次調(diào)用recvfrom時沒有數(shù)據(jù)可返回，因此內(nèi)核轉(zhuǎn)而立即返回一個EWOULDBLOCK錯誤。第四次調(diào)用recvfrom時已有一個數(shù)據(jù)報準備好，它被復(fù)制到應(yīng)用進程緩沖區(qū)，于是recvfrom成功返回。我們接著處理數(shù)據(jù)。當一個應(yīng)用進程像這樣對一個非阻塞描述符循環(huán)調(diào)用recvfrom時，我們稱之為輪詢(polling)。應(yīng)用進程只需輪詢內(nèi)核，以查看某個操作是否就緒。這么做往往耗費大量CPU時間。6.2.3 I/O復(fù)用模型有了I/O復(fù)用(I/O multiplexing)，我們就可以調(diào)用select或poll，阻塞在這兩個系統(tǒng)調(diào)用中的某一個上，而不是阻塞在真正的I/O系統(tǒng)調(diào)用上。圖6-3概括展示了I/O復(fù)用模型。圖6-3 I/O復(fù)用模型我們阻塞于select調(diào)用，等待數(shù)據(jù)報套接字變?yōu)榭勺x。當select返回套接字可讀這一條件時，我們調(diào)用recvfrom把所讀數(shù)據(jù)報復(fù)制到應(yīng)用進程緩沖區(qū)。比較圖6-3和圖6-1，I/O復(fù)用并不顯得有什么優(yōu)勢，事實上由于使用select需要兩個而不是單個系統(tǒng)調(diào)用，I/O復(fù)用還稍有劣勢。使用select的優(yōu)勢在于我們可以等待多個描述符就緒。與I/O復(fù)用密切相關(guān)的另一種I/O模型是在多線程中使用阻塞式I/O（我們經(jīng)常這么干）。這種模型與上述模型極為相似，但它并沒有使用select阻塞在多個文件描述符上，而是使用多個線程（每個文件描述符一個線程），這樣每個線程都可以自由的調(diào)用recvfrom之類的阻塞式I/O系統(tǒng)調(diào)用了。6.2.4信號驅(qū)動式I/O模型我們也可以用信號，讓內(nèi)核在描述符就緒時發(fā)送SIGIO信號通知我們。我們稱這種模型為信號驅(qū)動式I/O(signal-driven I/O)，圖6-4是它的概要展示。圖6-4信號驅(qū)動式I/O模型我們首先開啟套接字的信號驅(qū)動式I/O功能，并通過sigaction系統(tǒng)調(diào)用安裝一個信號處理函數(shù)。改系統(tǒng)調(diào)用將立即返回，我們的進程繼續(xù)工作，也就是說他沒有被阻塞。當數(shù)據(jù)報準備好讀取時，內(nèi)核就為該進程產(chǎn)生一個SIGIO信號。我們隨后就可以在信號處理函數(shù)中調(diào)用recvfrom讀取數(shù)據(jù)報，并通知主循環(huán)數(shù)據(jù)已經(jīng)準備好待處理，也可以立即通知主循環(huán)，讓它讀取數(shù)據(jù)報。無論如何處理SIGIO信號，這種模型的優(yōu)勢在于等待數(shù)據(jù)報到達期間進程不被阻塞。主循環(huán)可以繼續(xù)執(zhí)行，只要等到來自信號處理函數(shù)的通知：既可以是數(shù)據(jù)已準備好被處理，也可以是數(shù)據(jù)報已準備好被讀取。6.2.5異步I/O模型異步I/O（asynchronous I/O）由POSIX規(guī)范定義。演變成當前POSIX規(guī)范的各種早起標準所定義的實時函數(shù)中存在的差異已經(jīng)取得一致。一般地說，這些函數(shù)的工作機制是：告知內(nèi)核啟動某個操作，并讓內(nèi)核在整個操作（包括將數(shù)據(jù)從內(nèi)核復(fù)制到我們自己的緩沖區(qū)）完成后通知我們。這種模型與前一節(jié)介紹的信號驅(qū)動模型的主要區(qū)別在于：信號驅(qū)動式I/O是由內(nèi)核通知我們何時可以啟動一個I/O操作，而異步I/O模型是由內(nèi)核通知我們I/O操作何時完成。圖6-5給出了一個例子。圖6-5異步I/O模型我們調(diào)用aio_read函數(shù)（POSIX異步I/O函數(shù)以aio_或lio_開頭），給內(nèi)核傳遞描述符、緩沖區(qū)指針、緩沖區(qū)大?。ㄅcread相同的三個參數(shù)）和文件偏移（與lseek類似），并告訴內(nèi)核當整個操作完成時如何通知我們。該系統(tǒng)調(diào)用立即返回，并且在等待I/O完成期間，我們的進程不被阻塞。本例子中我們假設(shè)要求內(nèi)核在操作完成時產(chǎn)生某個信號。改信號直到數(shù)據(jù)已復(fù)制到應(yīng)用進程緩沖區(qū)才產(chǎn)生，這一點不同于信號驅(qū)動I/O模型。6.2.6各種I/O模型的比較圖6-6對比了上述5中不同的I/O模型?？梢钥闯?，前4中模型的主要區(qū)別在于第一階段，因為他們的第二階段是一樣的：在數(shù)據(jù)從內(nèi)核復(fù)制到調(diào)用者的緩沖區(qū)期間，進程阻塞于recvfrom調(diào)用。相反，異步I/O模型在這兩個階段都要處理，從而不同于其他4中模型。圖6-6 5種I/O模型的比較6.2.7同步I/O和異步I/O對比POSIX把這兩個術(shù)語定于如下：同步I/O操作（sysnchronous I/O opetation）導(dǎo)致請求進程阻塞，直到I/O操作完成；異步I/O操作（asynchronous I/O opetation）不導(dǎo)致請求進程阻塞。根據(jù)上述定義，我們的前4種模型-阻塞式I/O模型、非阻塞式I/O模型、I/O復(fù)用模型和信號驅(qū)動I/O模型都是同步I/O模型，因為其中真正的I/O操作（recvfrom）將阻塞進程。只有異步I/O模型與POSIX定義的異步I/O相匹配。 ConnectString = Provider=SQLOLEDB.1;Persist Security Info=False;User ID=sa;PassWord=123;Initial Catalog=student;Data Source=192.x.x.x 由東莞搬遷公司 東莞搬家公司 www.