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❄️个人专栏: <<力扣hot100>> <<C++>><<Linux>>

🌟心向往之行必能至

 一.五种IO模型

我们常说IO慢,且在前面信号也进行了测试,但为什么比较慢呢?

其实是系统调用,读取和写入慢

如write read 如果缓冲区满了或者空了,那么你就无法写或者读,此时就需要一直等待

read()->Input -> 等待 + 拷贝

write() -> Output -> 等待 + 拷贝

所以 其实 

IO = 等+ 拷贝 

其中等的占比时间远远大于拷贝的

那么高效IO就是单位时间内,减少IO中等待的比重

1.1 引入例子理解

在正式讲之前,我们先用个钓鱼的例子,初步认识

钓鱼 = 等 + 拉(将🐟从水里拷贝到桶里)

---

在一个多🐟的湖里,张三前往钓鱼

其中张三是专注钓鱼的,鱼漂不动,张三不动                               ---阻塞IO

李四也前往钓鱼,他看到张三就是只有鱼漂动了,张三才会动

李四则是钓鱼途中,一会玩下手机,一会看会书,一会看下鱼漂有没有动 --- 非阻塞IO

王五又前来了,不过与他们不同的是

王五在自己的钓竿上绑了一个铃铛,当鱼上钩,铃铛就会响,王五拷贝,否则王五则是专注干自己的事,不关注钓鱼                                                                                                --- 信号驱动IO

赵六是村里的有钱人,也前来钓鱼,不同的是,他带了100条鱼竿来钓

如果 1号鱼竿的鱼漂动力,赵六就去1号鱼竿拷贝收🐟  33号动了就去33号拷贝收🐟                                                                                                                              ---- 多路复用,多路转接

田七 是县里的有钱人,坐着司机小王开的车来的,且明确知道,自己是喜欢吃鱼,而非钓鱼,正当田七要去钓鱼时,公司打来了电话,请他去开会,因此田七就嘱托小王去钓鱼,不管他怎么钓,但钓到了就打电话通知他                                                                                           ----异步IO

1.2 问题

问题1:阻塞vs非阻塞

阻塞会因为IO条件不具备,阻塞会卡住,直到条件就绪

非阻塞:检测到IO条件不具备,出错返回

不同:等待方式不同  

我们常说,非阻塞IO效率高? 但这是错的

IO效率高本质是指单位时间内,IO中等待的比重小,而非阻塞只是做了更多的事情,并未降低比重

问题2:谁的钓鱼效率最高? 即IO效率

当然是赵六了,他有100条鱼竿,钓到的几率大,那么等待的占比就变小了

问题3:王五有没有等待?

王五也等待了,只是他不需要进行检测,但还是参与了钓鱼过程  拉🐟

如果王五不用等待,那么他为什么不直接走

结论 4

阻塞 非阻塞 信号驱动 多路复用   ---同步IO   ---->只要参与了IO(等.拷贝),就是同步

问题5:同步IO vs 异步IO

IO=等+拷贝         

凡是参与了等 拷贝的任意一步,就是同步  否则异步

1.3 正式认识

小结

任何IO过程中, 都包含两个步骤. 第⼀是等待, 第⼆是拷⻉. ⽽且在实际的应⽤场景中, 等待消耗的

时间往往都远远⾼于拷⻉的时间. 让IO更⾼效, 最核⼼的办法就是让等待的时间尽量少.

1.4 高级IO重要概念

1.4.1 同步通信 vs 异步通信(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;

• 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.

1.4.2 阻塞 vs ⾮阻塞

二. 非阻塞IO

2.1 fcntl

TL(2)                                                                   Linux Programmer's Manual                                                                   FCNTL(2)

NAME
       fcntl - manipulate file descriptor

SYNOPSIS
       #include <unistd.h>
       #include <fcntl.h>

       int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

代码实战,设计一个轮询的非阻塞IO

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<cstdio>
void SetNonBlock(int fd)
{
    int fl=fcntl(fd,F_GETFL);//先获得fl,再进行设置
    if(fl<0)
    {
        perror("fcntl");
        return;
    }
    fcntl(fd,F_SETFL,fl| O_NONBLOCK);//说明是位图
}
int main()
{
    SetNonBlock(0);
    char buffer[1024];
    while (true)
    {
        //Linux中,ctrl+d 标识输入结束,read返回为0 ,类似读取到文件结尾
        ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer));
        if (n > 0)
        {
            buffer[n - 1] = 0; // 防止输出换行符
            std::cout << buffer << std::endl;
        }
        else if(n<0)//非阻塞read    如果底层数据还没有准备好,算错误吗?不算,因为非阻塞IO应该有这样的打算
        {
            //1.读取错误 2. 数据还没准备好
            if(errno==EAGAIN||errno==EWOULDBLOCK)
            {
                //数据还没准备好
                std::cout<<"数据还没准备好"<<std::endl;
                sleep(1);
                //做自己的事情
                continue;
            }
            else if(errno==EINTR)
            {
                continue;//系统调用被打断  ：一个系统调用（System Call）在完成之前被一个信号（Signal）中断了。
            }
        }
        else {
            break;
        }
        sleep(1);
        std::cout<<"."<<std::endl;//换行符我为了刷新c的缓冲区
    }

    return 0;
}