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前言：

五種IO模型

什么是IO

IO模型

非阻塞IO

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前言：

前文我們已經將網絡的基本原理介紹完了，都是通過圍繞TCP/IP四層協議，將應用層，傳輸層，網絡層，數據鏈路層全部介紹完畢，至于部分小主題，比如ARP欺騙，HTTP協議的原理，cookie以及session等內容，我們放在后面介紹。

本文以及之后的內容，主要通過是介紹IO相關的問題，通過IO模型的介紹，從而引出多路復用的具體內容，通過介紹select，poll，epoll，最后再單獨介紹一下Reactor，網絡的基本原理我們就介紹完了。

那么廢話不多說，我們直接進入五種IO模型。

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五種IO模型

什么是IO

對于IO這個話題，我們從語言階段，一直到了現在都經常談論，因為IO問題不管在哪個階段都是非常重要的，從C語言階段的printf scanf，到文件操作的read和write涉及到了IO，即便是Linux，我們從一開始的文件系統，引出了文件描述符，到后面的網絡也是一直使用文件描述符的概念，足以看出IO在編程中的重要性了。

那么問題來了，一開始我們只是粗略的將IO認定為是輸入輸出，今天我們進一步探討，當我們第一次使用scanf的時候，我們發現只要我們不輸入，系統就會阻塞住，系統在干什么呢？

系統在等我們輸入，所以IO有一個非常重要的過程是：等待。當我們輸入數據之后，系統也收到了數據也就不再等待，就執行了下一步操作了。這個過程還有讀取的操作，或者是寫入的操作，但是不管怎么說，都是從發送緩沖區/接收緩沖區拷貝數據到應用層的緩沖區。

所以實際上的IO = 等待 + 拷貝。

而我們從一開始的學習到現在，使用到的基本上都是阻塞IO，自然也就存在非阻塞的IO，我們放在IO模型里面介紹。那么我們在MySQL中介紹索引的時候，我們提及到了IO次數如果多了，就一定會降低效率，所以我們就要使用高效的IO，那么高效的IO實際上減少了等待操作在IO中的比例。

IO模型

對于IO模型我們拿釣魚舉例子，假設有五個人，分別在魚塘中釣魚，張三拿個魚竿就坐在那里一直等待，當別人問他什么事，他也不理睬，這是第一種IO模型；李四拿個魚竿放在那里，就不管了，轉身去做自己的事兒了，然后定期來查看魚竿的情況，這是第二種IO模型；王五拿個魚竿，釣魚的時候放個鈴鐺，當魚上鉤了，就放在自己手里的事兒，然后釣魚，這是第三種IO模型；趙六就很有說法了，拿了一卡車的魚竿過來了，同時使用很多的魚竿，然后一個一個的檢查魚竿情況，這是第四種IO模型；田七的釣魚操作是派遣一個人，讓這個人像張三一樣，完成釣魚的等待和釣操作，自己就轉身去干其他事兒了，也就是田七只負責吃的操作，這是第五種IO模型。

那么上述都是一個口語化的介紹，實際上的名稱叫做：
第一種，阻塞IO，比如我們常見的read recvfrom scanf都是阻塞IO的代表，如果系統的數據還沒有準備好，強行非阻塞的話就會返回錯誤碼11，一會兒我們可以實驗。

第二種，非阻塞IO，非阻塞IO顧名思義，IO的同時干自己的事兒，那么這意味著需要反反復復的嘗試讀寫文件描述符，這個過程稱為輪詢，但是因為會反反復復的操作文件操作符，所以會對CPU資源造成較大的浪費，一般根據特定情況使用：

第三種，信號驅動IO，同王五一樣，鈴鐺就像信號，內核將數據處理好之后，就使用信號SIGIO通知應用程序，這種IO模型實際上也是非阻塞IO模型：

第四種，IO多路轉接，它實際上是阻塞IO的plus版本，也就是說張三一個人進行阻塞IO的時候，趙六已經創建了100個張三的分身了，所以實際上的流程圖也就是IO的流程圖，那么多路轉接也是我們后面的主題，介紹select poll epoll就是從這里引出的：

第五種，異步IO，異步IO實際上就是先讓內核吧數據報準備好，再進行拷貝的，最后OS給應用程序發信號通知準備好了，這個過程田七只是作為發起IO，但是等的過程交給了內核，然后他再來負責拷貝，那么被稱為異步IO就是因為發出 I/O 請求的線程不會阻塞等待，后續的 I/O 完成由內核負責異步處理，應用程序通過信號、回調或輪詢某種狀態（如 aio_error()）來獲取 I/O 是否完成，所以它是異步的。

那么以上五種IO中，第四種IO多路復用的效率是最高的，因為大大減少了等待了時間，這也是之后我們為什么圍繞它展開的理由。

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非阻塞IO

對于阻塞IO來說，是我們最常見，也是最經常使用的IO模型，但是如果我們今天想嘗試一下非阻塞IO怎么辦呢？我們可以使用函數fcntl：

第一個參數是對應的文件描述符，第二個參數是執行的控制命令，第三個參數取決于第三個參數，可以忽略。

一般常用的cmd有F_SETFL，F_GETFL，GET用來獲取狀態標志，SET用來獲取標志，比如我們想要將一個文件描述符設置為非阻塞的就可以這樣操作：

void SetNoBlock()
{int n = ::fcntl(0, F_GETFL);if(n < 0)std::cout << "Error" << std::endl;else   fcntl(0, F_SETFL, n | O_NONBLOCK);
}int main() 
{SetNoBlock();while(true){char buffer[1024];ssize_t n = ::read(0, buffer, sizeof(buffer));if(n > 0){std::string str = buffer;std::cout << str << std::endl;}else if(n == 0){std::cout << "read done!" << std::endl;break;}else{// errno == 11 EWOULDBLOCK EAGAINif(errno == EWOULDBLOCK){continue;}std::cout << "GG" << std::endl;sleep(1);}}return 0;
}

我們會發現如果我們強行讓read這種阻塞IO變成非阻塞IO，就會導致返回的值是負數，所以這個時候就有這種情況：發生錯誤是因為read本身出錯還是因為非阻塞下沒有數據可讀導致read不會阻塞直接返回-1？所以我們可使用EWOULDBLOCK比較一下，當然了，它的本質是11，也是EAGAIN：

那么IO模型先到這里，算是一個開胃小菜~

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感謝閱讀！