浅谈操作系统 IO 模式

操作系统 IO 模式概述

在计算机系统中，输入输出（Input/Output，简称IO）操作是必不可少的环节，它涉及到数据在硬件设备（如硬盘、网络接口卡等）和内存之间的传输。操作系统的IO模式决定了这些数据传输的效能和质量。本文将简要介绍几种常见的操作系统IO模式。

1. 阻塞IO（Blocking IO）

阻塞IO是最常见的IO模式之一。在这种模式下，当应用程序发起一个IO请求时，它会等待IO操作完成，直到数据被圆满读取或写入。在等待期间，应用程序会被阻塞，无法执行其他任务。

以下是一个明了的阻塞IO示例代码：

c

#include

int main() {

FILE *fp = fopen("example.txt", "r");

if (fp == NULL) {

perror("Error opening file");

return 1;

}

char ch;

while ((ch = fgetc(fp)) != EOF) {

putchar(ch);

}

fclose(fp);

return 0;

}

在这个示例中，程序会阻塞直到文件读取完毕。

2. 非阻塞IO（Non-blocking IO）

非阻塞IO允许应用程序在IO操作未完成时继续执行其他任务。在非阻塞模式下，当应用程序发起一个IO请求后，它会立即返回，而不会等待IO操作完成。如果IO操作未完成，应用程序可以定期检查IO状态，或者通过轮询（polling）来获取IO操作的最终。

以下是一个明了的非阻塞IO示例代码：

c

#include

#include

#include

int main() {

int fd = open("example.txt", O_RDONLY);

if (fd == -1) {

perror("Error opening file");

return 1;

}

char ch;

while (read(fd, &ch, 1) > 0) {

putchar(ch);

}

close(fd);

return 0;

}

在这个示例中，程序会立即返回，然后通过循环检查IO操作是否完成。

3. 异步IO（Asynchronous IO）

异步IO是一种更为高级的IO模式，它允许应用程序在发起IO请求后立即继续执行其他任务，而无需等待IO操作完成。与非阻塞IO不同，异步IO在IO操作完成时会通过回调函数通知应用程序。

以下是一个明了的异步IO示例代码：

c

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main() {

int fd = open("example.txt", O_RDONLY);

if (fd == -1) {

perror("Error opening file");

return 1;

}

struct epoll_event event;

event.data.fd = fd;

event.events = EPOLLIN;

int epoll_fd = epoll_create(1);

epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);

char ch;

while (read(fd, &ch, 1) > 0) {

putchar(ch);

}

close(fd);

close(epoll_fd);

return 0;

}

在这个示例中，程序会立即返回，并通过epoll机制等待IO事件。

4. IO多路复用（IO Multiplexing）

IO多路复用允许一个应用程序同时监控多个IO操作。在IO多路复用模式下，应用程序会向操作系统注册多个IO资源，并等待它们中的任何一个或多个变为就绪状态。当有IO操作就绪时，操作系统会通知应用程序。

以下是一个明了的IO多路复用示例代码：

c

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main() {

int epoll_fd = epoll_create(1);

if (epoll_fd == -1) {

perror("Error creating epoll file descriptor");

return 1;

}

int fd = open("example.txt", O_RDONLY);

if (fd == -1) {

perror("Error opening file");

return 1;

}

struct epoll_event event;

memset(&event, 0, sizeof(event));

event.events = EPOLLIN;

event.data.fd = fd;

epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);

char ch;

while (1) {

int nfds = epoll_wait(epoll_fd, &event, 1, -1);

if (nfds == -1) {

perror("Error waiting for epoll

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