Linux下同步模式、非同步模式、阻塞調用、非阻塞調用總結

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轉自：http://www.360doc.com/content/13/0117/12/5073814_260691714.shtml

同步和非同步：與訊息的通知機制有關。

 

	本質區別	現執行個體子
同步模式	由處理訊息者自己去等待訊息是否被觸發	我去銀行辦理業務,選擇排隊等，排到頭了就辦理。
非同步模式	由觸發機制來通知處理訊息者	我去銀行辦理業務,取一個小紙條上面有我的號碼,等到排到我這一號時由櫃檯的人通知我輪到我去辦理業務。

 

 

阻塞與非阻塞：與線程等待訊息(無所謂同步或者非同步)時的狀態有關。

 

	本質區別	現執行個體子
阻塞調用	線程掛起，不能做其他事。	上面的那個例子,不論是排隊還是使用號碼等待通知,如果在這個等待的過程中,等待者除了等待訊息之外不能做其它的事情,那麼該機制就是阻塞的。
非阻塞調用	線程活躍，能處理其他事。	在銀行辦理這些業務的時候一邊打打電話發發簡訊一邊等待,這樣的狀態就是非阻塞的。

 

 

它們之間的組合應用舉例：

 

	阻塞調用	非阻塞調用
同步模式	read/write	read/write O_NONBLOCK
非同步模式	IO複用：select/poll，epoll(LT模式)	AIO系列：aio_read，aio_write等；epoll(ET模式)

 

 

同步阻塞IO

最常用的一個模型是同步阻塞 I/O 模型。在這個模型中，使用者空間的應用程式執行一個系統調用，這會導致應用程式阻塞。這意味著應用程式會一直阻塞，直到系統調用完成為止（資料轉送完成或發生錯誤）。調用應用程式處於一種不再消費 CPU 而只是簡單等待響應的狀態，因此從處理的角度來看，這是非常有效。

圖 1 給出了傳統的阻塞 I/O 模型，這也是目前應用程式中最為常用的一種模型。其行為非常容易理解，其用法對於典型的應用程式來說都非常有效。在調用 read 系統調用時，應用程式會阻塞並對核心進行環境切換。然後會觸發讀操作，當響應返回時（從我們正在從中讀取的裝置中返回），資料就被移動到使用者空間的緩衝區中。然後應用程式就會解除阻塞（read 調用返回）。

圖1. 同步阻塞 I/O 模型的典型流程

從應用程式的角度來說，read 調用會延續很長時間。實際上，在核心執行讀操作和其他工作時，應用程式的確會被阻塞。

 

同步非阻塞I/O

同步阻塞 I/O 的一種效率稍低的變種是同步非阻塞 I/O。在這種模型中，裝置是以非阻塞的形式開啟的。這意味著 I/O 操作不會立即完成，read 操作可能會返回一個錯誤碼，說明這個命令不能立即滿足（EAGAIN 或 EWOULDBLOCK）， 2 所示。

 

 

 

圖2. 同步非阻塞 I/O 模型的典型流程

非阻塞的實現是 I/O 命令可能並不會立即滿足，需要應用程式調用許多次來等待操作完成（輪詢）。這可能效率不高，因為在很多情況下，當核心執行這個命令時，應用程式必須要進行忙碌等待，直到資料可用為止，或者試圖執行其他工作。正 2 所示的一樣，這個方法可以引入 I/O 操作的延時，因為資料在核心中變為可用到使用者調用 read 返回資料之間存在一定的間隔，這會導致整體資料輸送量的降低。

 

非同步阻塞IO

另外一個阻塞解決方案是帶有阻塞通知的非阻塞 I/O。在這種模型中，配置的是非阻塞 I/O，然後使用阻塞 select 系統調用來確定一個 I/O 描述符何時有操作。使 select 調用非常有趣的是它可以用來為多個描述符提供通知，而不僅僅為一個描述符提供通知。對於每個提示符來說，我們可以請求這個描述符可以寫資料、有讀資料可用以及是否發生錯誤的通知。

 

 

 

圖3 非同步阻塞IO模型的典型流程（select）

select 調用的主要問題是它的效率不是非常高。儘管這是非同步通知使用的一種方便模型，但是對於高效能的 I/O 操作來說不建議使用。

 

非同步非阻塞IO

最後，非同步非阻塞 I/O 模型是一種處理與 I/O 重疊進行的模型。讀請求會立即返回，說明 read 請求已經成功發起了。在後台完成讀操作時，應用程式然後會執行其他處理操作。當 read 的響應到達時，就會產生一個訊號或執行一個基於線程的回呼函數來完成這次 I/O 處理過程。

 

 

 

圖4 非同步非阻塞IO模型的典型流程

在一個進程中為了執行多個 I/O 請求而對計算操作和 I/O 處理進行重疊處理的能力利用了處理速度與I/O 速度之間的差異。當一個或多個 I/O 請求掛起時，CPU 可以執行其他任務；或者更為常見的是，在發起其他 I/O 的同時對已經完成的 I/O 進行操作。

 

非同步IO的動機  

 

 

 

從前面 I/O 模型的分類中，我們可以看出 AIO 的動機。這種阻塞模型需要在 I/O 操作開始時阻塞應用程式。這意味著不可能同時重疊進行處理和 I/O 操作。同步非阻塞模型允許處理和 I/O 操作重疊進行，但是這需要應用程式根據重現的規則來檢查 I/O 操作的狀態。這樣就剩下非同步非阻塞 I/O 了，它允許處理和 I/O 操作重疊進行，包括 I/O 操作完成的通知。

 

 

除了需要阻塞之外，select 函數所提供的功能（非同步阻塞 I/O）與 AIO 類似。不過，它是對通知事件進行阻塞，而不是對 I/O 調用進行阻塞。

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