IO

IO   input   output
在内存中存在数据交换的操作都可以认为是IO操作
和终端交互 : input print
和磁盘交互 : read write
和网络交互 : recv send
  • IO密集型程序:在程序执行过程中存在大量IO操作,而cpu运算操作较少,消耗cpu较少,运行效率较低

  • 计算密集型程序(CUP密集型程序):在程序执行中CPU运算较多,IO操作相对较少,消耗CPU大,运行速度快

  • IO分类

    • 阻塞IO
    • 非阻塞IO
    • IO多路复用

阻塞IO

  • 阻塞IO是IO的默认形态,是效率较低的一种IO情形。
  • 阻塞情况
    • 因为某种条件没有达成造成的阻塞

      • e.g. accept input recv
    • 处理IO数据传输时间较长形成的阻塞
      • e.g. 网络传输过程,文件读写过程

非阻塞IO

  • 通过修改IO事件的属性,使其变为非阻塞状态(让一些条件阻塞函数不再阻塞)

    • 非阻塞IO往往和循环判断一起使用

      s.setblocking(False)

      将套接字设置为非阻塞状态
# 设置非阻塞
from socket import *
from time import sleep,ctime s = socket()
s.bind(('127.0.0.1',9999))
s.listen(3) #将套接字设置为非阻塞
s.setblocking(False) while True:
print("Waiting for connect...")
try:
c,addr = s.accept()
except BlockingIOError:
sleep(2)
print(ctime())
continue
else:
print("Connected from",addr)
while True:
data = c.recv(1024).decode()
if not data:
break
print(data)
c.send(ctime().encode())
c.close()
s.close()
  • 超时检测

    • 将原本阻塞的函数设置一个最长阻塞时间,如果时间内条件达成则正常运行,如果仍然阻塞则视为超时,继续向下运行或产生异常

        s.settimeout(sec)
      设置套接字的超时时间
# 设置超时时间
from socket import *
from time import sleep,ctime s = socket()
s.bind(('127.0.0.1',8888))
s.listen(3) #将套接字设置超时时间
s.settimeout(5) while True:
print("Waiting for connect...")
try:
c,addr = s.accept()
except timeout:
print(ctime())
continue
else:
print("Connect from",addr)
while True:
data = c.recv(1024).decode()
if not data:
break
print(data)
c.send(ctime().encode())
c.close()
s.close()

IO多路复用

  • 定义:同时监控多个IO事件,当哪个IO事件准备就绪就执行哪个IO事件,以此形成可用同时操作多个IO的并发行为,避免一个IO阻塞,造成所有IO都无法执行。

  • IO准备就绪:是一种IO必然要发生的临界状态

  • IO多路复用的编程实现

    1. 将IO设置为关注IO
    2. 将关注IO提交给内核监测
    3. 处理内核给我们反馈的准备就绪的IO
  • 具体方案:

    select --> linux unix windows

    poll --> linux unix

    epoll --> linux unix

select

import select

rs,ws,xs = select(rlist, wlist, xlist[, timeout])

  • 功能:监控IO事件,阻塞等待IO事件发生

  • 参数:

    • rlist..列表..存放我们监控等待处理的IO事件
    • wlist..列表..存放我们要主动操作的IO事件
    • xlist..列表..我们要关注出错处理的IO事件
    • timeout..超时时间
  • 返回值:

    • rs..列表..rlist中准备就绪的IO
    • ws..列表..wlist中准备就绪的IO
    • xs..列表..xlist中准备就绪的IO
  • 注意:

    1. wlist中如果有IO事件则select立即回返回为ws
    2. 在处理IO过程中不要处理一个客户端长期占有服务端使服务端无法运行到select的情况
    3. IO多路复用占用计算机资源少,io效率高
from select import select
from socket import * #创建套接字作为我们关注的IO
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(('0.0.0.0',9999))
s.listen(5) rlist = [s]
wlist = []
xlist = [s] while True:
#提交监测我们关注的IO等待IO发生
rs,ws,xs = select(rlist,wlist,xlist)
for r in rs:
if r is s:
c,addr = r.accept()
print("Connect from",addr)
rlist.append(c) #添加到关注列表
else:
data = r.recv(1024)
if not data:
rlist.remove(r)
r.close()
else:
print(data.decode())
# r.send(b'Receive your message')
#将客户端套接字放入wlist列表
wlist.append(r) for w in ws:
w.send(b'Receive your message')
wlist.remove(w) for x in xs:
if x is s:
s.close()

位运算

  • 整数按照二进制位进行运算

    • &:按位与

    • |:按位或

    • ^:按位异或

    • <<:左移

    • >>:右移

      11 1011

      14 1110

      14 & 11 : 1010 一0则0

      14 | 11 : 1111 一1则1

      14 ^ 11 : 0101 相同为0不同为1

      11 << 2 : 101100 右侧补零

      14 >> 2 : 11

poll

  1. 创建poll对象

    p = select.poll()

  2. 添加注册事件

    p.register(s, POLLIN | POLLERR)

     POLLIN   POLLOUT  POLLERR  POLLHUP  POLLNVAL
    rlist wlist xlist 断开 无效数据 p.unregister(s) 从关注事件中移除
  3. 阻塞等待IO发生

    events = p.poll()

    • 功能:阻塞等待IO发生

    • 返回值:events 是一个列表,列表中给每一个元素都是一个元组,代表一个发生的IO事件

        [(fileno, event),(),()....]
      就绪IO的文件描述符, 具体就绪事件
    • 需要通过文件描述符(fileno)找到对应的IO对象

      {s.fileno() : s}

  4. 处理具体的IO

from socket import *
from select import * #创建套接字作为我们关注的IO
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(('0.0.0.0',9999))
s.listen(5) #创建poll对象
p = poll() #fileno ---> IO对象的字典
fdmap = {s.fileno():s} #注册关注的IO
p.register(s,POLLIN | POLLERR) while True:
#进行IO监控
events = p.poll()
for fd,event in events:
if fd == s.fileno():
c,addr = fdmap[fd].accept()
print("Connect from",addr)
#添加新的关注事件
p.register(c,POLLIN | POLLHUP)
fdmap[c.fileno()] = c
elif event & POLLIN: # 若是真,POLLIN就绪
data = fdmap[fd].recv(1024)
if not data:
#客户端退出,从关注事件移除
p.unregister(fd)
fdmap[fd].close()
del fdmap[fd]
else:
print(data.decode())
fdmap[fd].send(b'Receive')

epoll

  • 使用方法:基本与poll方法相同

    • 将生产对象 poll() 改为epoll()
    • 将所有poll对象事件改为epoll对象事件
  • 区别 :

    • epoll 的效率要比 poll和select 高
    • epoll 的事件触发方式更多
from socket import *
from select import * #创建套接字作为我们关注的IO
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(('0.0.0.0',9999))
s.listen(5) #创建epoll对象
p = epoll() #fileno ---> IO对象的字典
fdmap = {s.fileno():s} #注册关注的IO
p.register(s,EPOLLIN | EPOLLERR) while True:
#进行IO监控
events = p.poll()
for fd,event in events:
if fd == s.fileno():
c,addr = fdmap[fd].accept()
print("Connect from",addr)
#添加新的关注事件
p.register(c,EPOLLIN | EPOLLHUP)
fdmap[c.fileno()] = c
elif event & EPOLLIN:
data = fdmap[fd].recv(1024)
if not data:
#客户端退出,从关注事件移除
p.unregister(fd)
fdmap[fd].close()
del fdmap[fd]
else:
print(data.decode())
fdmap[fd].send(b'Receive')

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