Linux-I/O模型详解

Linux-I/O模型详解

Linux操作系统的I/O模型是系统性能的关键因素之一，它决定了操作系统怎样处理输入输出操作。本文将详细解析Linux中的几种I/O模型，包括它们的原理、优缺点以及在实际应用中的使用场景。

1. 阻塞I/O模型

阻塞I/O模型是最常见的I/O模型之一，它指的是当一个进程发起一个I/O请求时，如果I/O操作没有完成，那么该进程会一直等待，直到I/O操作完成。这种模型单纯直观，但效能较低。

    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    int main() {
        int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
        if (fd == -1) {
            perror("open");
            return 1;
        }
        char buffer[1024];
        ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            close(fd);
            return 1;
        }
        printf("Read %zu bytes from file ", bytes_read);
        close(fd);
        return 0;
    }
    

2. 非阻塞I/O模型

非阻塞I/O模型与阻塞I/O模型不同，它允许进程在I/O操作未完成时继续执行其他任务。进程可以通过轮询来检查I/O操作是否完成，或者使用特定的系统调用来注册一个回调函数，当I/O操作完成时，系统会自动调用该回调函数。

    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>
    int main() {
        int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
        if (fd == -1) {
            perror("open");
            return 1;
        }
        int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
        if (flags == -1) {
            perror("fcntl");
            close(fd);
            return 1;
        }
        fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
        char buffer[1024];
        ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        if (bytes_read == -1) {
            if (errno == EAGAIN) {
                printf("Read operation is not ready yet ");
            } else {
                perror("read");
                close(fd);
                return 1;
            }
        }
        printf("Read %zu bytes from file ", bytes_read);
        close(fd);
        return 0;
    }
    

3. 信号驱动I/O模型

信号驱动I/O模型使用信号来通知进程I/O操作的状态。当I/O操作完成时，内核会发送一个信号给进程，进程可以立即处理这个信号，然后继续执行其他任务。

    #include <stdio.h>
    #include <signal.h>
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>
    void handle_read(int signum) {
        printf("Read operation is completed ");
    }
    int main() {
        int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
        if (fd == -1) {
            perror("open");
            return 1;
        }
        struct sigaction sa;
        sa.sa_handler = handle_read;
        sigemptyset(&sa.sa_mask);
        sa.sa_flags = 0;
        if (sigaction(SIGIO, &sa, NULL) == -1) {
            perror("sigaction");
            close(fd);
            return 1;
        }
        int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
        if (flags == -1) {
            perror("fcntl");
            close(fd);
            return 1;
        }
        fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
        char buffer[1024];
        ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            close(fd);
            return 1;
        }
        printf("Read %zu bytes from file ", bytes_read);
        close(fd);
        return 0;
    }
    

4. 异步I/O模型

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