网络编程socket IO核心概念对比: 阻塞,非阻塞,同步,异步, select, epoll

本篇介绍 socket 编程最核心的概念区别.

高质量参考:

• Unix 网络编程 - 第6章
  • 权威参考,网上各种博客,大都摘抄自此.
• Linux/Unix 系统编程手册- 第63章
• IO - 同步，异步，阻塞，非阻塞 （亡羊补牢篇）
• Linux IO模式及 select、poll、epoll详解
  • 写的比较通俗
• tornado源码解析之IOLoop

socket 编程几个核心概念:

• 阻塞: blocking
• 非阻塞: non-blocking
• 同步: synchronous
• 异步: asynchronous

IO模式:

• IO 读两阶段:
  • 1. 等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)
  • 1. 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)
• 由此产生的5种网络模式:
  • 阻塞 I/O（blocking IO）
  • 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
  • I/O 多路复用（ IO multiplexing）
  • 信号驱动 I/O（ signal driven IO）: 不常用,略过.
  • 异步 I/O（asynchronous IO）

核心总结:

• 阻塞 I/O（blocking IO）: IO 两阶段都阻塞
• 非阻塞 I/O（nonblocking IO）:
  • 命名不精确, 精确定义应为: 部分阻塞,部分非阻塞
• I/O 多路复用（ IO multiplexing）:
  • 常说的 select，poll，epoll，有些地方也称这种IO方式为event driven IO
  • 关于 select:
    • select 相当于一个代理中介, 进程在调用 select()函数时,被 block,
    • 而之后 select(poll, epoll 等)函数 会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。
  • select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。
  • 如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延迟还更大。
• 异步 I/O（asynchronous IO）:
  • linux下的asynchronous IO其实用得很少

区别:

• 同步 IO(synchronous IO):
  • blocking IO，non-blocking IO，IO multiplexing都属于synchronous IO。
  • 关于non-blocking IO:
    • non-blocking IO 在执行recvfrom这个system call的时候，如果kernel的数据没有准备好，这时候不会block进程。
    • 但是，当kernel中数据准备好的时候，recvfrom会将数据从kernel拷贝到用户内存中，这个时候进程是被block了，在这段时间内，进程是被block的。
  • 同步: 都是阻塞的,只是阻塞的阶段不同(部分阻塞 vs 完全阻塞)
• 异步 IO (AIO):
  • 当进程发起IO 操作之后，就直接返回再也不理睬了，直到kernel发送一个信号，告诉进程说IO完成。
  • 在这整个过程中，进程完全没有被block。
  • 异步: 才是真正的非阻塞