阻塞 , 非阻塞 , 同步 ,异步 , I/O模型

时间:2023-12-09 13:57:55

•阻塞,非阻塞:进程/线程要访问的数据是否就绪,进程/线程是否需要等待;

•同步,异步:访问数据的方式,同步需要主动读写数据,在读写数据的过程中还是会阻塞;异步只需要I/O操作完成的通知,并不主动读写数据,由操作系统内核完成数据的读写。

下面两个答案是从知乎上转过来的。

作者:严肃
链接:http://www.zhihu.com/question/19732473/answer/20851256
来源:知乎
著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。

“阻塞”与"非阻塞"与"同步"与“异步"不能简单的从字面理解,提供一个从分布式系统角度的回答。
1.同步与异步
同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)
所谓同步,就是在发出一个*调用*时,在没有得到结果之前,该*调用*就不返回。但是一旦调用返回,就得到返回值了。
换句话说,就是由*调用者*主动等待这个*调用*的结果。

而异步则是相反,*调用*在发出之后,这个调用就直接返回了,所以没有返回结果。换句话说,当一个异步过程调用发出后,调用者不会立刻得到结果。而是在*调用*发出后,*被调用者*通过状态、通知来通知调用者,或通过回调函数处理这个调用。

典型的异步编程模型比如Node.js

举个通俗的例子:
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,如果是同步通信机制,书店老板会说,你稍等,”我查一下",然后开始查啊查,等查好了(可能是5秒,也可能是一天)告诉你结果(返回结果)。
而异步通信机制,书店老板直接告诉你我查一下啊,查好了打电话给你,然后直接挂电话了(不返回结果)。然后查好了,他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

2. 阻塞与非阻塞
阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果(消息,返回值)时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前,该调用不会阻塞当前线程。

还是上面的例子,
你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书,你如果是阻塞式调用,你会一直把自己“挂起”,直到得到这本书有没有的结果,如果是非阻塞式调用,你不管老板有没有告诉你,你自己先一边去玩了, 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。
在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关

一讲到网络编程的I/O模型,总会涉及到这几个概念。问了很多人,没几个能清晰地讲出他们之间的区别联系,甚至在网络上也有很多不同的观点,也不知是中国文字释义的博大精深,还是本来这几个概念就是绕人不倦。今天我也来给大家讲解一下我对这几个概念的理解。


既然网络上众说纷纭,不如找个权威参考一下,这个权威就是《UNIX网络编程:卷一》第六章——I/O复用。书中向我们提及了5种类UNIX下可用的I/O模型:

  • 阻塞式I/O;

  • 非阻塞式I/O;

  • I/O复用(select,poll,epoll...);

  • 信号驱动式I/O(SIGIO);

  • 异步I/O(POSIX的aio_系列函数);

阻塞式I/O模型:默认情况下,所有套接字都是阻塞的。怎么理解?先理解这么个流程,一个输入操作通常包括两个不同阶段:

1)等待数据准备好;
2)从内核向进程复制数据。

对于一个套接字上的输入操作,第一步通常涉及等待数据从网络中到达。当所有等待分组到达时,它被复制到内核中的某个缓冲区。第二步就是把数据从内核缓冲区复制到应用程序缓冲区。 好,下面我们以阻塞套接字的recvfrom的的调用图来说明阻塞

阻塞 , 非阻塞 , 同步 ,异步 , I/O模型

标红的这部分过程就是阻塞,直到阻塞结束recvfrom才能返回。

非阻塞式I/O: 以下这句话很重要:进程把一个套接字设置成非阻塞是在通知内核,当所请求的I/O操作非得把本进程投入睡眠才能完成时,不要把进程投入睡眠,而是返回一个错误。看看非阻塞的套接字的recvfrom操作如何进行

阻塞 , 非阻塞 , 同步 ,异步 , I/O模型

可以看出recvfrom总是立即返回。

I/O多路复用:虽然I/O多路复用的函数也是阻塞的,但是其与以上两种还是有不同的,I/O多路复用是阻塞在select,epoll这样的系统调用之上,而没有阻塞在真正的I/O系统调用如recvfrom之上。如图

阻塞 , 非阻塞 , 同步 ,异步 , I/O模型

信号驱动式I/O:用的很少,就不做讲解了。直接上图

阻塞 , 非阻塞 , 同步 ,异步 , I/O模型

异步I/O:这类函数的工作机制是告知内核启动某个操作,并让内核在整个操作(包括将数据从内核拷贝到用户空间)完成后通知我们。如图:

阻塞 , 非阻塞 , 同步 ,异步 , I/O模型

注意红线标记处说明在调用时就可以立马返回,等函数操作完成会通知我们。

等等,大家一定要问了,同步这个概念你怎么没涉及啊?别急,您先看总结。 其实前四种I/O模型都是同步I/O操作,他们的区别在于第一阶段,而他们的第二阶段是一样的:在数据从内核复制到应用缓冲区期间(用户空间),进程阻塞于recvfrom调用。相反,异步I/O模型在这两个阶段都要处理。

阻塞 , 非阻塞 , 同步 ,异步 , I/O模型

再看POSIX对这两个术语的定义:

  • 同步I/O操作:导致请求进程阻塞,直到I/O操作完成;

  • 异步I/O操作:不导致请求进程阻塞。

好,下面我用我的语言来总结一下阻塞,非阻塞,同步,异步

  • 阻塞,非阻塞:进程/线程要访问的数据是否就绪,进程/线程是否需要等待;

  • 同步,异步:访问数据的方式,同步需要主动读写数据,在读写数据的过程中还是会阻塞;异步只需要I/O操作完成的通知,并不主动读写数据,由操作系统内核完成数据的读写。