您的位置：首页 > 健康 > 美食 > 白嫖域名的申请地址_一度设计公司_怎么制作网站教程_教育培训排行榜前十名

白嫖域名的申请地址_一度设计公司_怎么制作网站教程_教育培训排行榜前十名

2025/3/13 11:14:40 来源：https://blog.csdn.net/Zero__two_/article/details/146080878  浏览:  次   关键词：白嫖域名的申请地址_一度设计公司_怎么制作网站教程_教育培训排行榜前十名
白嫖域名的申请地址_一度设计公司_怎么制作网站教程_教育培训排行榜前十名

一、IO模型概念

1）五种 I/O 模型

在计算机系统中，I/O（输入/输出）是指计算机与外部设备（如磁盘、网络、键盘等）之间的交互过程。操作系统使用不同的 I/O 模型来实现应用程序与硬件设备之间的数据交换。根据应用程序与操作系统、设备之间的交互方式，I/O 模型可以分为五种主要类型：阻塞 I/O、非阻塞 I/O、I/O 多路复用、信号驱动 I/O 和 异步 I/O。

1. 阻塞 I/O（Blocking I/O）
  • 定义：在阻塞 I/O 模型中，当应用程序发起 I/O 操作（如读取文件或从网络中接收数据）时，操作系统会一直等待直到操作完成，应用程序会被阻塞，直到操作完成并返回结果。
  • 特点：
    • 同步：应用程序发起的 I/O 操作会阻塞直到完成。
    • 简单：编程模型简单，通常是默认的 I/O 模式。
    • 效率低：如果 I/O 操作需要较长时间（如网络请求、磁盘读写），应用程序会被挂起，无法执行其他任务。
  • 应用场景：
    • 适用于简单的应用程序，其中 I/O 操作不会长时间阻塞应用程序。
2. 非阻塞 I/O（Non-blocking I/O）
  • 定义：在非阻塞 I/O 模型中，当应用程序发起 I/O 操作时，操作系统不会阻塞应用程序，而是立即返回。如果操作无法完成（如读取数据时数据未准备好），它会返回一个错误代码或状态，应用程序可以继续做其他事情，稍后再尝试进行 I/O 操作。
  • 特点：
    • 非同步：应用程序不会被阻塞，I/O 操作立即返回。
    • 效率较高：应用程序可以继续执行其他任务，不需要等待 I/O 完成。
    • 编程复杂度高：需要手动检查 I/O 操作的状态，并决定何时再次尝试。
  • 应用场景：
    • 适用于需要高效并发处理的场景，如图形界面应用、实时系统和一些高性能服务器。
3. I/O 多路复用（I/O Multiplexing）
  • 定义：I/O 多路复用模型允许单个线程同时处理多个 I/O 操作。通过调用特定的系统调用（如 select()、poll()、epoll()），应用程序可以等待多个 I/O 操作的完成，当其中一个或多个 I/O 操作完成时，操作系统会通知应用程序，应用程序可以继续处理数据。
  • 特点：
    • 异步：通过一个线程或进程处理多个 I/O 操作，减少了线程上下文切换。
    • 高效：适用于需要同时处理大量并发连接的服务器应用，如 Web 服务器。
    • 编程复杂：需要管理多个 I/O 操作，并处理事件通知。
  • 应用场景：
    • 高并发的网络服务器（如 Nginx、Redis），适用于需要同时处理大量客户端请求的应用程序。
4. 信号驱动 I/O（Signal-driven I/O）
  • 定义：信号驱动 I/O 模型通过操作系统的信号机制来通知应用程序 I/O 操作的完成。应用程序通过注册信号处理程序，并在 I/O 操作完成时接收到一个信号，操作系统会异步通知应用程序 I/O 可以继续。
  • 特点：
    • 异步：应用程序在等待信号时不会阻塞，直到信号到达。
    • 效率较高：避免了频繁的轮询，可以让应用程序在不进行忙等的情况下等待 I/O 完成。
    • 编程复杂：需要处理信号、信号屏蔽等问题，容易导致复杂的异步编程。
  • 应用场景：
    • 多任务、实时系统和需要处理大量异步事件的应用。
5. 异步 I/O（Asynchronous I/O）
  • 定义：在异步 I/O 模型中，应用程序发起 I/O 操作后，操作系统会立即返回，应用程序可以继续执行其他任务。当 I/O 操作完成时，操作系统会通过回调函数或事件通知应用程序。应用程序无需等待 I/O 操作的完成。
  • 特点：
    • 完全异步：应用程序不会被阻塞，I/O 操作的完成通过回调机制通知应用程序。
    • 高效：适用于需要高性能的应用程序，因为它允许程序继续执行并在 I/O 操作完成后处理结果。
    • 编程复杂度较高：需要处理回调、事件循环等问题，可能导致回调地狱等问题。
  • 应用场景：
    • 适用于高性能、高并发的场景，尤其是需要大量并发连接并且 I/O 操作较长时间的情况，如数据库和大型网络应用。

2）IO模型对比

1.阻塞IO与非阻塞IO

阻塞 I/O 和 非阻塞 I/O 是计算机系统中两种常见的 I/O 模型，它们描述了应用程序如何与操作系统进行交互来执行 I/O 操作（如读取文件、网络通信等）。它们的主要区别在于应用程序是否会被阻塞，直到 I/O 操作完成。

  • 阻塞IO：在阻塞 I/O 模型中，应用程序执行 I/O 操作时会被阻塞，直到该操作完成并返回结果。即应用程序发起一个 I/O 请求，操作系统会一直等待该请求完成，然后才会返回执行结果。此时应用程序会停止执行，无法进行其他操作。
  • 非阻塞IO：在非阻塞 I/O 模型中，应用程序发起 I/O 请求时，操作系统不会阻塞应用程序的执行，而是立即返回。如果请求的 I/O 操作无法完成（例如数据尚未准备好），操作系统会返回一个错误，表示该操作无法立即完成。应用程序可以选择稍后再尝试该操作，而在此期间可以继续执行其他任务。
特性阻塞 I/O非阻塞 I/O
执行模型应用程序被阻塞，直到 I/O 操作完成应用程序不被阻塞，操作立即返回
效率效率较低，无法同时处理其他任务高效，能够并发执行多个任务
编程复杂度简单，发起请求后等待结果较复杂，需要管理 I/O 操作的状态
适用场景适用于低并发，I/O操作较快的应用程序适用于高并发，需要高响应速度的应用程序
应用程序执行在等待 I/O 完成期间无法执行其他任务可以在等待 I/O 完成时执行其他任务
开发难度开发简单，容易实现需要处理 I/O 操作的状态和重试
并发处理能力无法高效处理大量并发请求高效处理大量并发请求，适用于高并发应用
2. 同步IO与异步IO

同步 I/O 和 异步 I/O 是两种常见的 I/O 操作模型，分别适用于不同类型的应用场景。它们的主要区别在于 应用程序是否需要等待 I/O 操作完成，以及 I/O 操作的完成方式。

  • 同步I/O：同步 I/O 模型中，应用程序发起 I/O 操作后，需要 等待 I/O 操作完成才会继续执行其他操作。在 I/O 操作进行时，应用程序会被阻塞，直到 I/O 完成并返回结果。
  • 异步I/O：异步 I/O 模型中，应用程序发起 I/O 操作后，不会等待 I/O 操作完成，而是可以继续执行其他任务。当 I/O 操作完成时，操作系统会通过回调机制、信号或事件通知应用程序，应用程序再处理结果。
特性同步 I/O异步 I/O
执行模型应用程序发起 I/O 请求后阻塞，直到 I/O 完成应用程序发起 I/O 请求后立即返回，可以继续执行其他任务
效率当 I/O 操作执行时，应用程序被阻塞，效率较低通过回调或事件机制，应用程序可以高效并发执行其他任务
编程复杂度编程模型简单，开发者容易理解编程复杂，需要处理回调、事件和状态管理
适用场景小型应用、低并发的任务，I/O 操作比较快速高并发、大规模网络通信、文件系统操作等
资源利用只能处理一个 I/O 操作，其他操作需要等待能够处理多个并发 I/O 操作，资源利用率高
阻塞/非阻塞阻塞非阻塞
响应时间I/O 操作完成之前无法响应其他任务可以通过事件通知或回调响应其他任务
复杂性相对简单，适合单一操作需要手动处理 I/O 完成的通知和回调机制
3. 五种IO对比

不同的I/O模型有不同的特点，适用于不同的应用场景。选择合适的I/O模型可以提高应用程序的效率和并发性能。

I/O模型阻塞/非阻塞应用场景优点缺点
阻塞 I/O阻塞简单的应用，低并发简单易用，适用于低延迟操作阻塞操作，效率低，无法并发处理多个任务
非阻塞 I/O非阻塞高性能服务器，实时应用，图形界面应用不会阻塞，可以处理其他任务编程复杂，需要手动管理 I/O 状态
I/O 多路复用非阻塞高并发网络应用（如Web服务器）高效处理多个I/O请求，节省资源编程复杂，管理多个连接和事件通知
信号驱动 I/O异步实时系统，处理大量异步事件的应用异步执行，避免忙等，较高效信号机制复杂，容易导致错误
异步 I/O完全异步高性能、大规模并发的系统高效执行，减少等待时间，支持回调编程复杂，需要处理回调，可能导致回调地狱

3）epoll工作模式

epoll 提供了两种主要的事件触发模式：水平触发（LT）**和**边缘触发（ET）。这两种模式的区别在于，事件触发的方式以及应用程序如何处理事件。这两种模式决定了 epoll 如何通知程序文件描述符发生的事件。

1. 水平触发（Level Triggered，LT）

水平触发是 epoll 的默认模式，行为和 select 或 poll 类似。在此模式下，epoll_wait() 会持续返回已准备好的文件描述符，直到事件被处理完成。换句话说，只要文件描述符上还有待处理的事件，epoll_wait() 就会一直返回该文件描述符。

  • 特点：

    • 在文件描述符的事件未处理完之前，epoll_wait() 会不断地返回该文件描述符。

    • 程序可以多次读取数据或写入数据，只要文件描述符保持在事件状态中，epoll_wait() 会继续返回该文件描述符。

    • 它是一个 基于事件的阻塞模型，只要没有事件发生，就会阻塞等待。

  • **举例：**假设一个套接字上有数据可读。在水平触发模式下，如果程序没有完全读取套接字中的所有数据，epoll_wait() 会继续返回该文件描述符，直到数据被完全读取为止。如果应用程序在中途处理不完全，epoll_wait() 会再次通知该文件描述符，直到事件状态被清除。

  • 适用场景：

    • 简单易用，适合大多数应用场景。

    • 适用于希望在每次事件发生时都能够简单地处理该事件的程序。

  • 优点：

    • 易于使用，不需要额外的处理逻辑。

    • 在事件未处理完的情况下，epoll_wait() 会持续通知应用程序，防止遗漏事件。

  • 缺点：

    • 可能会导致不必要的重复处理，尤其是当文件描述符上有大量数据时，epoll_wait() 会多次返回，可能带来性能问题。
2. 边缘触发（Edge Triggered，ET）

边缘触发是一种更高效的事件通知模式。在这种模式下，epoll_wait() 只会在文件描述符的状态发生变化时通知应用程序。例如，当文件描述符从不可读变为可读，或者从不可写变为可写时，epoll_wait() 会通知程序。这意味着一旦事件触发，应用程序需要在第一次通知时尽可能多地处理所有数据。

  • 特点：

    • 只会通知一次：当事件发生时，epoll_wait() 只会返回该文件描述符一次，直到文件描述符的状态发生变化。即使文件描述符依然处于事件状态，epoll_wait() 不会重复通知。

    • 适用于 非阻塞模式，即程序通过 read 或 write 等系统调用不断获取数据，直到状态完全变化。

    • 如果事件在通知后未完全处理，程序可能会漏掉后续的事件通知。

  • **举例：**假设一个套接字上有数据可读，在边缘触发模式下，如果程序没有完全读取数据（例如，只读取了一部分），epoll_wait() 将不会再通知程序该文件描述符。程序需要在第一次通知时尽可能读取所有数据，否则可能会错过后续的数据事件。

  • 适用场景：

    • 当文件描述符的状态变化较少时，epoll 会更加高效。

    • 适用于 高性能要求 和 实时性要求高的应用，例如高并发服务器。

  • 优点：

    • 高效，减少了重复通知的开销，避免了不必要的事件处理。

    • 能够处理高并发的 I/O 操作，节省资源。

  • 缺点：

    • 编程模型更加复杂，程序需要确保在事件触发时尽可能多地处理所有数据，避免丢失事件。

    • 如果应用程序没有及时处理所有数据，可能会错过后续的事件通知。

二、IO接口

1）非阻塞IO

1. fcntl（文件控制）

fcntl（File Control）是一个用于操作文件描述符的系统调用，允许对文件描述符进行各种操作。它是 Unix-like 操作系统中非常重要的一个函数，提供了一些功能，如设置文件描述符的属性、修改文件状态、获取文件信息等。

  • fcntl()

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

    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
fcntl(fd, F_GETFL);
    • fd：文件描述符，是通过 open() 函数打开的文件或设备的句柄。
    • cmd：操作的命令，决定要执行的操作。
      • F_GETFL：获取文件描述符的状态标志（如 O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR 等）。
      • F_SETFL：设置文件描述符的状态标志（如设置文件为非阻塞）。
      • F_GETFD：获取文件描述符的文件描述符标志（用于关闭文件描述符的标志）。
      • F_SETFD：设置文件描述符的文件描述符标志。
      • F_GETLK：获取文件锁信息。
      • F_SETLK：设置文件锁。
      • F_SETLKW：设置文件锁，并在文件锁不可用时阻塞。
    • arg：根据不同的命令，这个参数可以是值、结构体等。不同的命令要求传入不同类型的参数。
2. select

select 是一个在 Unix 和 Linux 操作系统中用于实现 I/O 多路复用 的系统调用。它允许程序在单个线程中同时监视多个 I/O 通道，并在其中某些通道准备好进行读写操作时，通知程序进行相应的处理。这是一个非常有用的技术，尤其是在需要处理大量并发连接的网络应用中。

  • select()

    int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout)

    fd_set readfds;
struct timeval timeout;FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(0, &readfds);
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 0;
ret = select(1, &readfds, NULL, NULL, &timeout);

    • nfds：nfds 表示监视的文件描述符集合中最大文件描述符的值加1。也就是文件描述符的范围是 [0, nfds-1]。

      • 为什么要加1：select 需要检查的文件描述符的最大值，nfds 需要传入的是最大文件描述符值加1。也就是说，如果你监控的文件描述符是从 0 到 5，那么 nfds 应该设置为 6。

    • readfds：监视可读事件的文件描述符集合。select 会返回那些准备好进行读操作的文件描述符。

    • writefds：监视可写事件的文件描述符集合。select 会返回那些准备好进行写操作的文件描述符。

    • exceptfds：监视异常事件的文件描述符集合。select 会返回那些有异常的文件描述符（例如，连接重置）。

    • timeout：等待的时间。它是一个 struct timeval 结构体，表示最大等待时间，单位为秒和微秒。如果设为 NULL，select 将会一直阻塞直到有文件描述符准备好。

      • timeval = {5, 0}：阻塞最多 5 秒，超时后返回 0。
      • timeval = {0, 0}：非阻塞模式，立即返回（轮询）。
      • NULL：完全阻塞，直到有 fd 就绪。

    • 返回值

      • > 0：就绪的 fd 总数（跨所有集合）。
      • 0：超时且无 fd 就绪。
      • -1：出错（如被信号中断）。

    • fd_set ：位图，用来表示文件描述符集合。每一位代表一个文件描述符是否在集合中。例如，fd_set 用于 select 来检查文件描述符是否准备好。

      • FD_ZERO(fd_set \*set)：清空文件描述符集合。

      • FD_SET(int fd, fd_set \*set)：将文件描述符 fd 加入集合。

      • FD_CLR(int fd, fd_set \*set)：从集合中删除文件描述符 fd。

      • FD_ISSET(int fd, fd_set \*set)：检查文件描述符 fd 是否在集合中。

    • struct timeval：表示 select 等待的最长时间。如果时间到达而没有任何文件描述符准备好，select 会返回 0。

      struct timeval {long tv_sec;  // 秒数long tv_usec; // 微秒数
};

  • 缺点：

    • 文件描述符限制：select 的文件描述符数量是有限的，通常为 1024（受操作系统限制）。在处理大量并发连接时，这个限制会成为瓶颈。
    • 性能问题：每次调用 select 都需要检查整个文件描述符集合，输入输出型参数比较多，数据拷贝的频率比较高，如果文件描述符很多，效率会较低。
    • 每次都要对关心的fd进行时间重置。
3. poll

poll 是与 select 相似的一个系统调用，旨在实现 I/O 多路复用。它允许一个程序监视多个文件描述符（如套接字、文件等），并在其中某些文件描述符准备好进行读写操作时，通知应用程序进行相应的处理。与 select 类似，poll 可以帮助程序避免阻塞，并实现高效的 I/O 操作。

  • struct pollfd

    struct pollfd {int fd;          // 文件描述符short events;    // 感兴趣的事件short revents;   // 返回的事件
};

    • fd：要监视的文件描述符，通常是一个套接字或文件。

    • events：表示感兴趣的事件。可以是以下几种之一或组合：

      • POLLIN：文件描述符可以读。

      • POLLOUT：文件描述符可以写。

      • POLLERR：文件描述符发生错误。

      • POLLHUP：文件描述符被挂起。

      • POLLNVAL：文件描述符无效。

    • revents：表示 poll 返回的事件。与 events 类似，revents 是 poll 在返回时会填充的字段，表示文件描述符上发生的事件。

  • poll()

    int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout)

    • fds：是一个 struct pollfd 类型的数组，每个 pollfd 结构表示一个需要监视的文件描述符及其感兴趣的事件。

    • nfds：表示 fds 数组的大小，即需要监视的文件描述符的数量。

    • timeout：表示等待的最长时间，单位为毫秒。如果 timeout 为 -1，poll 会一直阻塞，直到至少一个文件描述符准备好。如果 timeout 为 0，表示非阻塞模式，不会阻塞，立即返回。

    • 返回值：

      • > 0：表示有准备好的文件描述符，返回准备好的文件描述符的数量。
      • = 0：表示超时，没有文件描述符准备好。
      • < 0：表示发生错误，通常是由于传入参数不合法，或者操作系统内部出现异常。

2）epoll

epoll 是 Linux 提供的一种 高效的 I/O 多路复用 模型。与传统的 select 和 poll 模型相比，epoll 提供了更好的性能，特别是在处理大量并发连接时。它的工作原理和事件通知机制使其成为一种非常适合高并发、高效能应用的方案。

1. epoll_create()

epoll_create() 用于创建一个 epoll 实例，返回一个文件描述符，该文件描述符代表 epoll 实例。该文件描述符是后续操作的核心。

  • epoll_create()：

    int epoll_create(int size)

    • size：size 是一个建议的参数，实际大小不再起作用。
    • 返回值：返回 epoll 实例的文件描述符。
2. epoll_wait

epoll_wait() 用于等待和获取发生的事件。如果指定了超时时间，它将阻塞，直到一个文件描述符上的事件发生，或者超时。

  • epoll_data_t

    epoll_data_t 是 epoll_event 结构体中的一部分。在事件触发时，epoll_data_t 会保存与文件描述符相关的用户数据，便于在事件处理时使用。

    typedef union epoll_data {void *ptr;        // 指针类型int fd;           // 文件描述符uint32_t u32;     // 无符号 32 位整数uint64_t u64;     // 无符号 64 位整数
}epoll_data_t;
    • ptr：指向任意类型数据的指针，通常用于存储与该文件描述符相关的结构体或对象。
    • fd：文件描述符，通常用来直接存储文件描述符的值。
    • u32：无符号 32 位整数，通常用于存储与文件描述符相关的状态或标志。
    • u64：无符号 64 位整数，通常用于存储较大的数据（如时间戳等）。

  • struct epcoll event

    epoll_event 结构体用于表示文件描述符及其感兴趣的事件。

    struct epoll_event {uint32_t events;    // 事件类型，如 EPOLLIN, EPOLLOUT 等epoll_data_t data;  // 用户自定义数据，通常是文件描述符
};

    • events：表示该文件描述符的感兴趣事件。

      • EPOLLIN：可读
      • EPOLLOUT：可写
      • EPOLLERR：错误

    • data：用于存储用户自定义数据，通常是文件描述符。这样可以方便地在事件触发时区分不同的文件描述符。

  • epoll_wait()

    int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout)

    • epfd：epoll_create 返回的文件描述符。

    • events：返回准备好的文件描述符及其事件。

    • maxevents：最多返回的事件数量。

    • timeout：等待事件的超时时间，单位为毫秒。如果为 -1，表示一直阻塞直到事件发生。如果为 0，表示非阻塞。

    • 返回值：

      • > 0：返回准备好的文件描述符的数量，表示有事件发生，可以进行相应的处理。
      • = 0：表示超时，没有文件描述符准备好。
      • < 0：表示出错，通常是参数错误。
3. epoll_ctl

epoll_ctl() 用于控制 epoll 实例的行为，可以添加、删除或修改要监控的文件描述符及其事件。

  • epoll_ctl()

    int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)

    • epfd：由 epoll_create 返回的文件描述符。

    • op：操作类型。可以是：

      • EPOLL_CTL_ADD：添加文件描述符到 epoll 实例中。

      • EPOLL_CTL_MOD：修改文件描述符的事件。

      • EPOLL_CTL_DEL：删除文件描述符。

    • fd：要监控的文件描述符。

    • event：文件描述符的事件，表示该文件描述符的感兴趣事件（如可读、可写等）。

版权声明:

本网仅为发布的内容提供存储空间，不对发表、转载的内容提供任何形式的保证。凡本网注明“来源：XXX网络”的作品，均转载自其它媒体，著作权归作者所有，商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

我们尊重并感谢每一位作者，均已注明文章来源和作者。如因作品内容、版权或其它问题，请及时与我们联系，联系邮箱：809451989@qq.com，投稿邮箱：809451989@qq.com

最新新闻

热搜词

基于Python(Django框架)的毕业设计作品成品（12）摄影图片、电子相册、图片分享系统设计与实现_基于web的相册python(3) gdb调试汇编 CSDN2024年度总结|乾坤未定你我皆是黑马|2025一起为了梦想奋斗加油少年！！！ PMP-34项目资源管理 Vue3 icon使用 深度学习基础代码学习

声明：本站所有新闻及新闻图片来源于其他网站，如有侵权，请及时联系我们！

客户服务 | 关于我们 | 版权声明

版权所有：

Copyright 2024 尧图网 All Rights Reserved.QQ:809451989