想成为大牛，不得不懂的五种Linux网络IO模型

原创

ithorizon 7个月前 (10-05) 阅读数 34 #Linux

想成为大牛，不得不懂的五种Linux网络IO模型

在Linux系统中，网络IO模型是明白网络编程和性能调优的关键。掌握不同的网络IO模型有助于开发者更好地应对各种网络应用场景。以下是五种常见的Linux网络IO模型，每个模型都有其特点和适用场景。

1. 阻塞IO模型

阻塞IO模型是传统的IO模型，也是最简洁的一种。在这种模型下，当进程发起一个IO请求时，它会一直等待直到操作完成。这期间，进程会阻塞在系统调用上，无法执行其他操作。


// 示例：使用select系统调用来实现阻塞IO
int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    char buffer[1024];
    while (1) {
        ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            break;
        }
        // 处理读取到的数据
    }
    close(fd);
    return 0;
}

阻塞IO模型的优点是实现简洁，缺点是高效能低下，特别是在高并发场景下，一个进程也许会基于等待IO操作而阻塞其他进程。

2. 非阻塞IO模型

非阻塞IO模型允许进程在IO操作完成之前继续执行其他任务。在非阻塞IO模型中，进程发起IO请求后，系统会立即返回，进程可以继续执行其他操作。当IO操作完成时，系统会通过信号或者轮询机制通知进程。


// 示例：使用fcntl系统调用来设置文件描述符为非阻塞模式
int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
    char buffer[1024];
    while (1) {
        ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        if (bytes_read == -1) {
            if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
                // IO操作未完成，继续执行其他任务
                continue;
            }
            perror("read");
            break;
        }
        // 处理读取到的数据
    }
    close(fd);
    return 0;
}

非阻塞IO模型可以减成本时间程序高效能，但需要程序逻辑繁复，处理IO操作完成的通知。

3. IO多路复用模型

IO多路复用模型允许一个进程同时处理多个IO流。在IO多路复用模型中，进程通过select、poll或者epoll等系统调用来监控多个文件描述符，当其中一个或多个文件描述符准备好进行IO操作时，系统会通知进程。


// 示例：使用epoll来实现IO多路复用
int main() {
    int epoll_fd = epoll_create1(0);
    struct epoll_event event;
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    event.data.fd = fd;
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 设置为边缘触发模式
    epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
    char buffer[1024];
    while (1) {
        ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            break;
        }
        // 处理读取到的数据
    }
    close(fd);
    close(epoll_fd);
    return 0;
}

IO多路复用模型可以有效地减成本时间并发处理能力，适用于高并发网络应用。

4. 信号驱动IO模型

信号驱动IO模型利用信号来通知进程IO操作完成。当进程发起一个IO请求后，内核会为该请求分配一个信号，当IO操作完成时，内核会发送该信号给进程，进程收到信号后处理IO操作。


// 示例：使用sigaction系统调用来注册信号处理函数
int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = sig_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sigaction(SIGIO, &sa, NULL);
    // ... 其他代码 ...
    return 0;
}
void sig_handler(int sig) {
    // 处理IO操作完成
}

信号驱动IO模型适用于对实时性要求较高的场景，但信号处理函数的执行也许会被其他信号打断，致使性能不稳定。