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1、I/O模型與調(diào)度模型楊勁松yjs@oldhand.org2011.09.06參考資料◆W.RichardStevens《UNIX網(wǎng)絡(luò)編程》(第1卷)◆W.RichardStevens《TCP/IP詳解》(第1卷)◆W.Richardstevens《UNIX環(huán)境高級編程》◆EricS.Raymond《UNIX編程藝術(shù)》2http://www.akaedu.org09/06/11學(xué)習(xí)方法(建議)◆參考W.RichardStevens《TCP/IP詳解》(卷一)◆閱讀相關(guān)的RFC文檔◆動手實(shí)踐●使用tcpdump分析數(shù)據(jù)包●使用wireshark分析數(shù)據(jù)包3http://www.aka
2、edu.org09/06/111.I/O模型◆系統(tǒng)I/O與服務(wù)器模型◆阻塞I/O模型◆非阻塞I/O模型◆多路復(fù)用I/O模型◆信號驅(qū)動I/O模型◆異步I/O模型◆I/O模型比較4http://www.akaedu.org09/06/111.1系統(tǒng)I/O與服務(wù)器模型◆在UNIX/Linux下有5種I/O模型：●阻塞I/O：◇最常用、最簡單、效率最低●非阻塞I/O：◇可防止進(jìn)程阻塞在I/O操作上●I/O多路復(fù)用：◇允許同時對多個I/O進(jìn)行控制●信號驅(qū)動I/O:◇當(dāng)某個描述符字上發(fā)生了某個事件時，讓內(nèi)核通過信號SIGIO通知進(jìn)程●異步I/O5http://www.akaedu.org09
3、/06/111.2阻塞IO模型◆阻塞I/O模式是最普遍使用的I/O模式，大部分程序使用的都是阻塞模式的I/O?！羧笔∏闆r下，套接字建立后所處于的模式就是阻塞I/O模式?！羟懊鎸W(xué)習(xí)的很多讀寫函數(shù)在調(diào)用過程中會發(fā)生阻塞●讀操作中的read()/readv()/recv()/recvfrom()/recvmsg()●寫操作中的write()/writev()/send()/sendto()/sendmag()●另外：accept()/connect()6http://www.akaedu.org09/06/111.2.1阻塞I/O模型7http://www.akaedu.org09/0
4、6/111.2.2讀阻塞◆以read()為例：●進(jìn)程調(diào)用read()從套接字上讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)套接字的接收緩沖區(qū)中還沒有數(shù)據(jù)可讀，函數(shù)read()將發(fā)生阻塞?！袼鼤恢弊枞氯?，等待套接字的接收緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)可讀。●經(jīng)過一段時間后，緩沖區(qū)內(nèi)接收到數(shù)據(jù)，于是內(nèi)核便去喚醒該進(jìn)程，通過read()訪問這些數(shù)據(jù)。●如果在進(jìn)程阻塞過程中，對方發(fā)生故障，那這個進(jìn)程將永遠(yuǎn)阻塞下去。8http://www.akaedu.org09/06/111.2.3寫阻塞◆在寫操作時發(fā)生阻塞的情況要比讀操作少。主要發(fā)生在要寫入的緩沖區(qū)的大小小于要寫入的數(shù)據(jù)量的情況下?！暨@時，寫操作不進(jìn)行任何拷貝工作，將發(fā)生阻塞。
5、◆一量發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)有足夠的空間，內(nèi)核將喚醒進(jìn)程，將數(shù)據(jù)從用戶緩沖區(qū)中拷貝到相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。◆UDP不用等待確認(rèn)，沒有實(shí)際的發(fā)送緩沖區(qū)，所以UDP協(xié)議中不存在發(fā)送緩沖區(qū)滿的情況，在UDP套接字上執(zhí)行的寫操作永遠(yuǎn)都不會阻塞。9http://www.akaedu.org09/06/111.3非阻塞I/O模型◆當(dāng)我們將一個套接字設(shè)置為非阻塞模式，我們相當(dāng)于告訴了系統(tǒng)內(nèi)核：“當(dāng)我請求的I/O操作不能夠馬上完成，你想讓我的進(jìn)程進(jìn)行休眠等待的時候，不要這么做，請馬上返回一個錯誤給我。”◆當(dāng)一個應(yīng)用程序使用了非阻塞模式的套接字，它需要使用一個循環(huán)來不停地測試是否一個文件描述符有數(shù)據(jù)可讀（稱
6、做polling）?！魬?yīng)用程序不停的polling內(nèi)核來檢查是否I/O操作已經(jīng)就緒。這將是一個極浪費(fèi)CPU資源的操作。◆這種模式使用中不是很普遍。10http://www.akaedu.org09/06/111.3.1非阻塞I/O模型11http://www.akaedu.org09/06/111.3.2非阻塞I/O調(diào)度過程EAGAINEAGAIN讀到數(shù)據(jù)read返read返read返回回回readreadread多次調(diào)用用戶態(tài)read核心態(tài)套接套接套接字緩字緩字緩……沖區(qū)中數(shù)沖區(qū)沖區(qū)據(jù)到達(dá)，中沒中沒進(jìn)行數(shù)據(jù)有數(shù)有數(shù)復(fù)制據(jù)據(jù)12http://www.akaedu.org09/06
7、/111.4多路復(fù)用IO◆應(yīng)用程序中同時處理多路輸入輸出流，若采用阻塞模式，將得不到預(yù)期的目的；◆若采用非阻塞模式，對多個輸入進(jìn)行輪詢，但又太浪費(fèi)CPU時間；◆若設(shè)置多個進(jìn)程，分別處理一條數(shù)據(jù)通路，將新產(chǎn)生進(jìn)程間的同步與通信問題，使程序變得更加復(fù)雜；◆比較好的方法是使用I/O多路復(fù)用。其基本思想是：●先構(gòu)造一張有關(guān)描述符的表，然后調(diào)用一個函數(shù)，它要到這些描述符中的一個已準(zhǔn)備好進(jìn)行I/O時才返回?！穹祷貢r，它告訴進(jìn)程那個描述符已準(zhǔn)備好可以進(jìn)行I/O。13http://www.aka
