事件驱动模型

与传统编程模式不同,事件驱动程序在启动之后,就在那等待,等待什么呢?等待被事件触发。传统编程下也有“等待”的时候,比如在代码块D中,你定义了一个input(),需要用户输入数据。但这与下面的等待不同,传统编程的“等待”,比如input(),你作为程序编写者是知道或者强制用户输入某个东西的,或许是数字,或许是文件名称,如果用户输入错误,你还需要提醒他,并请他重新输入。事件驱动程序的等待则是完全不知道,也不强制用户输入或者干什么。只要某一事件发生,那程序就会做出相应的“反应”。这些事件包括:输入信息、鼠标、敲击键盘上某个键还有系统内部定时器触发。

事件驱动模型介绍

通常,我们写服务器处理模型的程序时,有以下几种模型:

(1)每收到一个请求,创建一个新的进程,来处理该请求;
(2)每收到一个请求,创建一个新的线程,来处理该请求;
(3)每收到一个请求,放入一个事件列表,让主进程通过非阻塞I/O方式来处理请求

第三种就是协程、事件驱动的方式,一般普遍认为第(3)种方式是大多数网络服务器采用的方式

目前大部分的UI编程都是事件驱动模型,如很多UI平台都会提供onClick()事件,这个事件就代表鼠标按下事件。事件驱动模型大体思路如下:

  1. 有一个事件(消息)队列;
  2. 鼠标按下时,往这个队列中增加一个点击事件(消息);
  3. 有个循环,不断从队列取出事件,根据不同的事件,调用不同的函数,如onClick()、onKeyDown()等;
  4. 事件(消息)一般都各自保存各自的处理函数指针,这样,每个消息都有独立的处理函数;

事件驱动编程是一种编程范式,这里程序的执行流由外部事件来决定。它的特点是包含一个事件循环,当外部事件发生时使用回调机制来触发相应的处理。另外两种常见的编程范式是(单线程)同步以及多线程编程。

IO多路复用

前面是用协程实现的IO阻塞自动切换,那么协程又是怎么实现的,在原理是是怎么实现的。如何去实现事件驱动的情况下IO的自动阻塞的切换,这个学名叫什么呢? => IO多路复用 
比如socketserver,多个客户端连接,单线程下实现并发效果,就叫多路复用。

缓存 I/O

缓存 I/O 又被称作标准 I/O,大多数文件系统的默认 I/O 操作都是缓存 I/O。在 Linux 的缓存 I/O 机制中,操作系统会将 I/O 的数据缓存在文件系统的页缓存( page cache )中,也就是说,数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中,然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。用户空间没法直接访问内核空间的,内核态到用户态的数据拷贝

同步(synchronous) IO和异步(asynchronous) IO,阻塞(blocking) IO和非阻塞(non-blocking)IO

对于一个network IO (这里我们以read举例),它会涉及到两个系统对象,一个是调用这个IO的process (or thread),另一个就是系统内核(kernel)。当一个read操作发生时,它会经历两个阶段:
 1 等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)
 2 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)
记住这两点很重要,因为这些IO Model的区别就是在两个阶段上各有不同的情况。

blocking IO (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。对于network io来说,很多时候数据在一开始还没有到达(比如,还没有收到一个完整的UDP包),这个时候kernel就要等待足够的数据到来。而在用户进程这边,整个进程会被阻塞。当kernel一直等到数据准备好了,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,重新运行起来。
所以,blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段都被block了。

non-blocking IO(非阻塞IO)

linux下,可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时,流程是这个样子:

从图中可以看出,当用户进程发出read操作时,如果kernel中的数据还没有准备好,那么它并不会block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,用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据好了没有。

IO multiplexing(IO多路复用)

IO multiplexing这个词可能有点陌生,但是如果我说select,epoll,大概就都能明白了。有些地方也称这种IO方式为event driven IO。我们都知道,select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket,当某个socket有数据到达了,就通知用户进程。它的流程如图:

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。
这个图和blocking IO的图其实并没有太大的不同,事实上,还更差一些。因为这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom),而blocking IO只调用了一个system call (recvfrom)。但是,用select的优势在于它可以同时处理多个connection。(多说一句。所以,如果处理的连接数不是很高的话,使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好,可能延迟还更大。select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快,而是在于能处理更多的连接。)
在IO multiplexing Model中,实际中,对于每一个socket,一般都设置成为non-blocking,但是,如上图所示,整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block,而不是被socket IO给block。

注意1:select函数返回结果中如果有文件可读了,那么进程就可以通过调用accept()或recv()来让kernel将位于内核中准备到的数据copy到用户区。

注意2: select的优势在于可以处理多个连接,不适用于单个连接

Asynchronous I/O(异步IO)

linux下的asynchronous IO其实用得很少。先看一下它的流程:

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。

各个IO Model的比较如图所示:

经过上面的介绍,会发现non-blocking IO和asynchronous IO的区别还是很明显的。在non-blocking IO中,虽然进程大部分时间都不会被block,但是它仍然要求进程去主动的check,并且当数据准备完成以后,也需要进程主动的再次调用recvfrom来将数据拷贝到用户内存。而asynchronous IO则完全不同。它就像是用户进程将整个IO操作交给了他人(kernel)完成,然后他人做完后发信号通知。在此期间,用户进程不需要去检查IO操作的状态,也不需要主动的去拷贝数据。

五种IO模型比较:

网络I/O模型的更多相关文章

  1. 四种主要网络IO虚拟化模型

    本文主要为大家简要介绍VMware.Redhat.Citrix.Microsoft主要虚拟化厂商使用的4种主要的虚拟化IO模型 (emulation.para-virtualization.pass- ...

  2. 简明网络I/O模型---同步异步阻塞非阻塞之惑

    转自:http://www.jianshu.com/p/55eb83d60ab1 网络I/O模型 人多了,就会有问题.web刚出现的时候,光顾的人很少.近年来网络应用规模逐渐扩大,应用的架构也需要随之 ...

  3. OSI 网络七层模型(笔记)

    一直以来我们都在使用着互联网,每天聊着qq,上着淘宝,但是却不了解怎么运行的呢,充满了好奇.今天同过了解来总结一下OSI网络七层模型: 上一张图 OSI (open system interconne ...

  4. 网络I/O模型---同步异步阻塞非阻塞之惑

    网络I/O模型 人多了,就会有问题.web刚出现的时候,光顾的人很少.近年来网络应用规模逐渐扩大,应用的架构也需要随之改变.C10k的问题,让工程师们需要思考服务的性能与应用的并发能力. 网络应用需要 ...

  5. 网络I/O模型--07Netty基础

    Netty 是由 JBOSS 提供的一个 Java 开源框架. Netty 提供异步的.事件驱动的网络应用程序框架和工具 ,用以快速开发高性能 . 高可靠性的网络服务器和客户端程序.      Net ...

  6. 一次完整的http请求过程以及网络I/O模型select、epoll

    a.一次完整的http请求过程 1.域名解析,得到域名对应的IP; 2.三次握手,客户端与服务器通过socket建立TCP/IP连接; 3.浏览器向服务器发送http请求,如:GET/index.ht ...

  7. Java 网络I/O模型

    网络I/O模型 人多了,就会有问题.web刚出现的时候,光顾的人很少.近年来网络应用规模逐渐扩大,应用的架构也需要随之改变.C10k的问题,让工程师们需要思考服务的性能与应用的并发能力. 网络应用需要 ...

  8. Linux 网络 I/O 模型简介(图文)(转载)

    Linux 网络 I/O 模型简介(图文)(转载) 转载:http://blog.csdn.net/anxpp/article/details/51503329 1.介绍 Linux 的内核将所有外部 ...

  9. Netty源码分析一<序一Unix网络I/O模型简介>

    Unix网络 I/O 模型   我们都知道,为了操作系统的安全性考虑,进程是无法直接操作I/O设备的,其必须通过系统调用请求内核来协助完成I/O动作,而内核会为每个I/O设备维护一个buffer.以下 ...

  10. 没搞清楚网络I/O模型?那怎么入门Netty

    微信搜索[阿丸笔记],关注Java/MySQL/中间件各系列原创实战笔记,干货满满. 本文是Netty系列笔记第二篇 Netty是网络应用框架,所以从最本质的角度来看,是对网络I/O模型的封装使用. ...

随机推荐

  1. noi.ac #42 模拟

    \(des\) 二维平面上存在 \(m\) 个点,每个点会对该点的 \(8\) 个方向上的最近的点产生影响 问每个点会被影响多少次 \(sol\) 过每个点会产生 \(4\) 条线段 保存每条线段的斜 ...

  2. 洛谷P1038 神经网络题解

    注意如果是 \(if(c[i])\) 这条语句并没有说明c[i]不为负数,所以说最好老老实实的写 #include<cstdio> #define _ 0 using namespace ...

  3. 【概率论】5-7:Gama分布(The Gamma Distributions Part I)

    title: [概率论]5-7:Gama分布(The Gamma Distributions Part I) categories: - Mathematic - Probability keywor ...

  4. [luogu 3803]【模板】多项式乘法

    传送门 FFT #include<bits/stdc++.h> #define ll long long #define max(a,b) ((a)>(b)?(a):(b)) #de ...

  5. POJ1177和POJ1389 。。。

    POJ 1177 Picture 经典线段树+离散化+扫描线 POJ 1177 Picture (线段树+离散化+扫描线) 详解 线段树(segment tree) http://www.java3z ...

  6. html5中progress/meter元素

    html5中progress/meter元素 一.总结 一句话总结: progress元素:用来建立一个进度条 meter元素的作用:用来建立一个度量条,用来表示度量衡的评定 <progress ...

  7. Spark(五十一):Spark On YARN(Yarn-Cluster模式)启动流程源码分析(二)

    上篇<Spark(四十九):Spark On YARN启动流程源码分析(一)>我们讲到启动SparkContext初始化,ApplicationMaster启动资源中,讲解的内容明显不完整 ...

  8. 磁盘性能指标--IOPS与吞吐量

    磁盘性能指标--IOPS----------------------------------------------------------        IOPS (Input/Output Per ...

  9. SQL中join和cross join的区别

    SQL中的连接可以分为内连接,外连接,以及交叉连接 . 1. 交叉连接CROSS JOIN 如果不带WHERE条件子句,它将会返回被连接的两个表的笛卡尔积,返回结果的行数等于两个表行数的乘积: 举例, ...

  10. git只提交修改部分的代码

    思路: 先用git status 查找出哪些文件被修改过了,然后 只git commit odin/code/pom.xml 1. $ git status (查看当前更改的代码) On branch ...