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1. 阻塞IO
Recv函数默认是阻塞的,直到对方发送过来的数据被填充到用户提供的接收缓冲区之后,才解除阻塞。Recv函数的接收缓冲区由用户提供(recv的形参)。
注意,对方发送过来的数据最先到达内核空间中的缓冲区,然后从内核空间拷贝到用户提供的用户态缓冲区(buffer),以供用户态程序使用。拷贝完成后recv函数就返回了。
从等待对方发送数据到接收数据,并把数据从内核空间复制到用户空间的这段时间内,recv函数是阻塞的。
2. 非阻塞IO
可用fcntl函数设置recv为非阻塞方式,具体的做法如下:
fcntl ( fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK ) ;
设置为非阻塞模式后,即使没有数据到来,recv函数也不会阻塞,而是立即返回-1,错误代码为EWOULDBLOCK。为了得到对方发送的数据,只能不停的判断recv返回值是否为-1,以及返回码是否为EWOULDBLOCK,直到数据到来,然后把数据从内核空间复制到用户态空间,复制完成后recv函数返回。
非阻塞IO模型的应用范围较窄,因为当数据没有到来时需要不断的循环测试recv的返回值和返回码,这会消耗CPU资源,于是把这种循环测试称作忙等待。
3. IO复用
这种模式主要是通过select函数来实现的。用select函数来管理多个文件描述符,一旦检测到一个或多个文件描述有数据到来,select函数就返回,这时再调用recv函数就不会阻塞了,数据从内核空间拷贝到用户空间,recv函数返回。
阻塞的位置提前到select函数。
4. 信号驱动IO
在用户态程序安装SIGIO信号处理函数,可以用sigaction函数或者signal函数来安装自定义的信号处理函数。
用户态程序安装完信号处理函数后可以执行其他的操作。
一旦有数据到来,操作系统以信号的方式来通知用户态程序,用户态程序跳转到自定义的信号处理函数。
在信号处理函数中调用recv函数,接收数据。
数据从内核空间拷贝到用户态空间后,recv函数返回。
recv函数不会因为等待数据到来而阻塞。
这种方式使异步处理成为可能,信号是异步处理的基础。
5. 异步IO
异步IO的效率是最高的。
异步IO通过aio_read函数实现,aio_read提交请求,并递交一个用户态空间下的缓冲区。
即使内核中没有数据到来,aio_read函数也立刻返回,应用程序就可以处理其他的事情。
当数据到来后,操作系统自动把数据从内核空间拷贝到aio_read函数递交的用户态缓冲区。
拷贝完成以信号的方式通知用户态程序,用户态程序拿到数据后就可以执行后续操作。
异步IO和信号驱动IO的不同之处在于信号通知用户态程序时,异步IO已经把数据从内核空间拷贝到用户空间了,而信号驱动IO的数据还在内核空间,等着recv函数把数据拷贝到用户态空间。
异步IO主动把数据拷贝到用户态空间,主动推送数据到用户态空间,不需要调用recv方法把数据从内核空间拉到用户态空间。异步IO是一种推数据的机制,相比于信号处理IO拉数据的机制效率更高。
推数据时直接完成的,而拉数据时需要调用recv函数,调用函数会产生额外的开销,故效率低。
异步IO与Windows下的IOCP机制是一样的。