进程（六）----IO模型简介

了解IO 前需要了解这几个概念

用户空间和内核空间
进程切换
进程阻塞
文件描述
缓存I/O

这里就不做解释了，大家自行百度

Stevens在文章中一共比较了五种IO Model：
    * blocking IO
    * nonblocking IO
    * IO multiplexing
    * signal driven IO
    * asynchronous IO
    由signal driven IO在实际中并不常用，所以主要介绍其余四种IO Model。

阻塞IO

当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据----等待。而在用户进程这边，整个进程会被阻塞。当kernel数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除block的状态便运行起来。
阻塞 IO的特点就是在IO执行的两个阶段（等待数据和拷贝数据两个阶段）都被阻塞了。

import  socket
sk  =socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

sk.bind(("127。0.0.1",8000))

sk.listen(5)
while 1:

    conn,addr=sk.accept() #阻塞在这里，需要等待请求
    while 1:

        conn.recv(1024)
        conn.send("hello ".encode("utf-8"))

非阻塞IO

当用户进程发出read操作时，虽然kernel中的数据还没有准备好，但是它并不会锁住用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。
所以，在非阻塞式IO中，用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据准备好了没有。

import  socket,time
sk  =socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

sk.bind(("127。0.0.1",8000))

sk.listen(5)
sk.setblocking(False) #设置非阻塞
while 1:
    try:
        print("do0")
        conn,addr=sk.accept()#没有请求不需要等待，直接退出到except，这里会反复监听是否有请求过来
        print("do1")
        conn.recv(1024)
        print("do2")
        conn.send("hello ".encode("utf-8"))
        conn.close()
    except Exception as e:
        print("非阻塞------",e)
        time.sleep(4)

IO多路复用

当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。

虽然select性能不及多线程IO，但是可以投同时监听多个对象。

import socket
import select

sk1 = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sk1.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sk1.bind(('127.0.0.1',8000))
sk1.listen(5)
sk1.setblocking(0)

inputs = [sk1,]

while True:
    readable_list, writeable_list, error_list = select.select(inputs, [], inputs, 1)
    for r in readable_list:
        # 当客户端第一次连接服务端时
        if sk1 == r:
            print('accept')
            request, address = r.accept()
            request.setblocking(0)
            inputs.append(request)
        # 当客户端连接上服务端之后，再次发送数据时
        else:
            received = r.recv(1024)
            # 当正常接收客户端发送的数据时
            if received:
                print('received data:', received)
            # 当客户端关闭程序时
            else:
                inputs.remove(r)

sk1.close()

异步IO

用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。

今天就讲到这里，下一篇给大家写一个FTP上传下载功能

进程（六）----IO模型简介

阻塞IO

非阻塞IO

IO多路复用

异步IO

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