阻塞、非阻塞、异步、同步

IO | bRPC

一般有三种操作IO的方式：

• blocking IO: 发起IO操作后阻塞当前线程直到IO结束，标准的同步IO，如默认行为的posix read和write。
• non-blocking IO: 发起IO操作后不阻塞，用户可阻塞等待多个IO操作同时结束。non-blocking也是一种同步IO：“批量的同步”。如linux下的poll,select, epoll，BSD下的kqueue。
• asynchronous IO: 发起IO操作后不阻塞，用户得递一个回调待IO结束后被调用。如windows下的OVERLAPPED + IOCP。linux的native AIO只对文件有效。

linux一般使用non-blocking IO提高IO并发度。当IO并发度很低时，non-blocking IO不一定比blocking IO更高效，因为后者完全由内核负责，而read/write这类系统调用已高度优化，效率显然高于一般得多个线程协作的non-blocking IO。但当IO并发度愈发提高时，blocking IO阻塞一个线程的弊端便显露出来：内核得不停地在线程间切换才能完成有效的工作，一个cpu core上可能只做了一点点事情，就马上又换成了另一个线程，cpu cache没得到充分利用，另外大量的线程会使得依赖thread-local加速的代码性能明显下降，如tcmalloc，一旦malloc变慢，程序整体性能往往也会随之下降。而non-blocking IO一般由少量event dispatching线程和一些运行用户逻辑的worker线程组成，这些线程往往会被复用（换句话说调度工作转移到了用户态），event dispatching和worker可以同时在不同的核运行（流水线化），内核不用频繁的切换就能完成有效的工作。线程总量也不用很多，所以对thread-local的使用也比较充分。这时候non-blocking IO就往往比blocking IO快了。不过non-blocking IO也有自己的问题，它需要调用更多系统调用，比如epoll_ctl，由于epoll实现为一棵红黑树，epoll_ctl并不是一个很快的操作，特别在多核环境下，依赖epoll_ctl的实现往往会面临棘手的扩展性问题。non-blocking需要更大的缓冲，否则就会触发更多的事件而影响效率。non-blocking还得解决不少多线程问题，代码比blocking复杂很多。

阻塞：当我们调用read、send、write等等系统调用API时，会把内核的缓存区里的数据拷贝到用户态的缓存区里，如果这个时候内核缓存区里没有数据，则会等待内核把数据准备好，此时，应用进程处于一种挂起状态。

非阻塞：当我们的应用程序调用write、send、read（所有的IO接口都是的），如果仅仅是从内核缓存区里把数据copy走，或者没有数据copy，此时也会直接返回，明显我们的用户进程并没有任何的等待，或者说处于挂起的状态，这种就是非阻塞。

默认创建的socket是阻塞的，但是可以调用下面这个函数设置为非阻塞：

非阻塞意味着在调用IO接口时，都不会发送等待，会立即返回。

同步

int function(xxxxx)

{

    char buf[1024] = {0};

    int size = read(fd, buf, bsize);

}

int  read(xxxxx)

{

xxxxxjj

kk

。。。

   memcpy(buf, kener_buffer, size);

}

内核把数据准备好了之后，它也是通过read返回的，read一返回，其实也就意味着数据是否准备好。

int callback(char* buffer, size)

{

    printf(buffer);

}

int gun(oooo)

{

char buffer[1024] = {0};

s_read(fd, callback, buffer, size);

}

内核：

int s_read(fd, callback, buffer, size)

{

    update_fd_set(fd, callback)   更新了fd的结构，也就是设置了一个回调函数

send_signal(sig);

}

int process_signal(sig)

{

    copy_data_from_disk_2_kener_buffer()

copy_data_from_kener_buffer_2_user_buffer();

callback(user_buffer, size);

}

异步，我调用read时，只是告诉你一个回调函数，并且read已经返回，但是此时并不代表数据准备好了，只有当内核调用了我们的callback才意味着数据已经准备好了。

信号，通知：

延时，IO的操作，同步和异步：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

int aio_read(struct aiocb *aiocbp);

struct aiocb {

               /* The order of these fields is implementation-dependent */

               int             aio_fildes;     /* File descriptor */

               off_t           aio_offset;     /* File offset */

               volatile void  *aio_buf;        /* Location of buffer */

               size_t          aio_nbytes;     /* Length of transfer */

               int             aio_reqprio;    /* Request priority */

               struct sigevent aio_sigevent;   /* Notification method */

               int             aio_lio_opcode; /* Operation to be performed;

                                                  lio_listio() only */

               /* Various implementation-internal fields not shown */

           };

struct sigevent {

           int          sigev_notify;        /* Notification method */

           int          sigev_signo;        /* Notification signal */

           union sigval sigev_value;  /* Data passed with notification */

           void       (*sigev_notify_function) (union sigval); /* Function used for thread

                                                                                     notification (SIGEV_THREAD) */

           void        *sigev_notify_attributes;  /* Attributes for notification thread   

                                                                    (SIGEV_THREAD) */

           pid_t        sigev_notify_thread_id;  /* ID of thread to signal (SIGEV_THREAD_ID) */

       };