浅析Linux下IO的阻塞/非阻塞、同步/异步
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发布时间：2024-10-23 23:31
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时间：2024-11-09 10:12
Linux下，应用程序调用操作系统服务有三种主要接口：Linux内核代码（运行在Ring0级别，内核态）与用户及库代码（运行在Ring3级别，用户态）。程序访问系统服务时，CPU在用户态与内核态间切换，同时复制所需内存数据。
I/O作为编程中频繁调用的Linux服务，遵循上述接口。常见场景包括网络I/O和文件I/O。
Linux IO涉及应用程序与内核之间的交互协作方式，分为阻塞与非阻塞、同步与异步。
阻塞IO指应用程序调用API时，线程立即被挂起直至IO操作完成，API函数才返回，线程解除阻塞继续执行。
非阻塞IO则在数据未准备好时直接返回失败，一旦数据准备好，应用程序被阻塞直至IO完成，API返回解除阻塞。
阻塞与非阻塞的区别在于是否等待数据准备，数据准备好时两者均阻塞直至IO完成。
同步与异步IO主要区别在于同步IO操作时会阻塞进程，异步IO则不会。
异步IO时，应用程序发出请求后立即返回，无需等待内核操作完成，而同步IO操作则会将进程阻塞直到数据准备好。
信号驱动I/O与I/O多路复用为Linux下两种IO模型。
信号驱动I/O允许应用程序安装信号处理函数，继续运行不阻塞。当数据准备好时，进程接收SIGIO信号处理数据。
I/O多路复用包括select、poll与epoll，允许一个线程监听多个IO端口，判断是否有事件发生并相应处理。
select监听socket集合并阻塞直至有事件发生，应用程序检查socket集合后调用相应IO操作函数。poll类似select但不受socket数量，内部采用轮询。epoll则采用事件通知机制，效率更高。
epoll中，socket状态变化称为事件，通知应用程序有两种方式：水平触发与边缘触发。水平触发下，只要状态变化就通知，而边缘触发仅在状态翻转时通知一次。
最后，总结Linux下的五种I/O模型，并推荐Linux、C/C++技术交流群，提供学习资源。
