一文搞懂BIO、NIO、I/O多路复用与异步AIO

一文搞懂BIO、NIO、I/O多路复用与异步AIO

1. IO操做本质

1. 内存分为内核缓冲区和用户缓冲区

2. 用户的应用程序不能直接操做内核缓冲区，须要将数据从内核拷贝到用户才能使用

3. 而IO操做、网络请求加载到内存的数据一开始是放在内核缓冲区的

4. 数据的复制过程是不消耗CPU的

2. BIO 阻塞模式I/O

举个例子：
一我的去 商店买一把菜刀，
他到商店问老板有没有菜刀（发起系统调用）
若是有（表示在内核缓冲区有须要的数据）
老板直接把菜刀给买家（从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区）
这个过程买家一直在等待

若是没有，商店老板会向工厂下订单（IO操做，等待数据准备好）
工厂把菜刀运给老板（进入到内核缓冲区）
老板把菜刀给买家（从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区）
这个过程买家一直在等待
是同步io

 

 3. NIO 非阻塞模式I/O

用户进程发起请求，若是数据没有准备好，那么马上告知用户进程未准备好；此时用户进程可选择继续发起请求、或者先去作其余事情，稍后再回来继续发请求，直到被告知数据准备完毕，能够开始接收为止； 数据会由用户进程完成拷贝

举个例子：
一我的去 商店买一把菜刀，
他到商店问老板有没有菜刀（发起系统调用）
老板说没有，在向工厂进货（返回状态）
买家去别地方玩了会，又回来问，菜刀到了么（发起系统调用）
老板说尚未（返回状态）
买家又去玩了会（不断轮询）
最后一次再问，菜刀有了（数据准备好了）
老板把菜刀递给买家（从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区）

整个过程轮询+等待：轮询时没有等待，能够作其余事，从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区须要等待
是同步io

4. I/O多路复用模型

相似BIO，只不过找了一个代理，来挂起等待，并能同时监听多个请求； 数据会由用户进程完成拷贝

举个例子：多我的去 一个商店买菜刀，
多我的给老板打电话，说我要买菜刀（发起系统调用）
老板把每一个人都记录下来（放到select中）
老板去工厂进货（IO操做）
有货了，再挨个通知买到的人，来取刀（通知/返回可读条件）
买家来到商店等待，老板把到给买家（从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区）

多路复用：老板能够同时接受不少请求（select模型最大1024个，epoll模型），
可是老板把到给买家这个过程，还须要等待，
是同步io

select本质也是轮询最多能够监听1024个，而epoll模型是事件驱动，好了会主动告诉你

-select：小明，你写好了么？小红你写好了么?.......
-epoll：同窗写好了，举手告诉老师来检查（nginx、tornado用的是epoll）windows平台不支持epoll，用的是select

5. 异步IO-AIO

发起请求马上获得回复，不用挂起等待； 数据会由内核进程主动完成拷贝，目前不成熟

举个例子：仍是买菜刀
如今是网上下单到商店（系统调用）
商店确认（返回）
商店去进货（io操做）
商店收到货把货发个卖家（从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区）
买家收到货（指定信号）

整个过程无等待
异步io

 

 

• 同步I/O与异步I/O判断依据是，是否会致使用户进程阻塞
• BIO中socket直接阻塞等待（用户进程主动等待，并在拷贝时也等待）
• NIO中将数据从内核空间拷贝到用户空间时阻塞（用户进程主动询问，并在拷贝时等待）
• IO Multiplexing中select等函数为阻塞、拷贝数据时也阻塞（用户进程主动等待，并在拷贝时也等待）
• AIO中从始至终用户进程都没有阻塞（用户进程是被动的）