I/O模型

I/O操作根据设备的不同分为很多种类型，比如网络IO、内存IO、硬盘IO,对于网络和硬盘IO它们比内存IO要慢很多，不管是哪种IO类型，这些IO操作都是由内核来完成。

在实现功能调用的时候通常会提到同步和异步的概念：

阻塞I/O：阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起（线程进入睡眠状态）。函数只有在得到结果之后才会返回。

比如我们使用cat命令来查看一个文件内容，但是这个文件非常大，需要几秒钟才会打开，一旦cat命令发起为一个进程之后，接下来必须要等待这个文件装载进内存 所以在文件载入内存之前，必须把这个进程转为睡眠状态，I/O在后台自动完成。

 

I/O完成步骤：

一旦某一进程发起I/O调用之后，内核收到后立即进入响应模式，内核从磁盘中读进内核能访问到的内存空间（指的是内核独有的内存空间，而进程不能访问）

内核处理完成后则将内核内存中的数据复制到进程内存空间中，由于内核内存空间进程是不允许被访问的，因此数据被载入到内核内存空间，必须再复制才能被进程访问，这段过程为I/O完成的过程。

一般来讲文件I/O都是阻塞的，网络I/O有可能会使用非阻塞I/O模型

非阻塞：指在不能立刻得到结果之前，被调用函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回，非阻塞状态属于忙等待状态，性能比较差

 

总之可以分为两段来理解：

如上图所示：

第一段是内核负责将数据从磁盘装载进内核内存；

第二段是内核负责将数据从内核内存复制进进出内存；

阻塞 I/O  ：一旦进程发起IO调用，于是整个进程将被阻塞了，不再执行，第一段被阻塞的，第二段也是被阻塞的 直到第二段也被处理完成，那么整个系统调用才会返回结果说白了就是一步完成，如图1所示。

非阻塞I/O ：一旦发起调用，内核立即返回让其稍等，内核将数据从硬盘载入到内核内存中来，这时则处于等待状态，等待数据从内核内存复制到进程内存，直到第一步完成，所以第一段是非阻塞，而第二段是阻塞的

IO多 路复用：需要调用I/O时，不会直接告知内核，而是向内核一个特殊的系统调用，使其告知哪个IO是否处理完成，这样我们的内核就可以同时处理多个I/O， 如上的例子，我们的I/O会阻塞到复用调用上，所以复用这个功能会监听每个IO是否完成，如果都同时完成则可以进行下面的操作

如果一个进程调用了多个IO（如键盘IO或硬盘IO） 如果其中某一个IO执行完成而另一个IO没有处理完成，那么这个IO是处于睡眠状态，就算另一个IO完成它也不会得知，这时IO多路复用就有意义了

常用I/O复用：

select :就是IO复用器，将请求发给select ,由select来进行调用，select还可以监控调用是否结束，一旦结束则将数据发给进程，但是最多只支持1024个同时请求。而 apache本身 prefork工作模型就是基于select模型来完成的，所以限制了prefork模型最多接收进来的请求进来同时不能超过1024个，因此在一旦用户 并发请求数（在线请求数）超过1024个，apache就不再提供服务了，所以说使用select 模型的apcahe的性能很差，至少说在用户请求量非常大的情况下，apache的prefork模型情况下是应付不来的。

基 于select模式虽然实现了IO复用，也解决了多路调用的问题，但是个缺陷，多路复用本身的后半段仍是阻塞状态，只不过是阻塞在select而没有阻塞 在IO调用上，由负责扫描多个IO 使得整个系统能够完成多路I/O了 但是多了一个处理机制性能在一定程度来讲，未必是上升，有可能还会下降，于是就有了第四种模型：event-driven

 

event-driven（基于事件驱动复用机制）:扫描全是全局，而这种通知只是哪个完成通知哪个，对于被调用来讲，他的任何一个调用请求执行完成才会通知给调用者，而且没被处理完成不会被通知。

本身是通过事件函数主动发起通知的，比select的调用机制要强大很多，

 

event:进程发起请求之后，进程会发起"回调 函数"意味着向内核发送信息"要发起系统调用"，内核会记录哪个进程发起的请求，于是进程处理其他请求，一旦第一段完成，内核通过毁掉函数向发起请求的进程发起通知,于是阻塞在第二阶段。虽然一个进程响应多个请求有缺陷：第二段仍然会阻塞，仍然会影响系统性能，复制的过程如果有新用户请求过来则不能接收

 

AIO：异步IO

异步IO缺陷：复制完成之后才会通知，为了增强AIO的性能研发了mmap

mmap:内存映射机制 内核将数据从磁盘装载进内核内存之后，不再复制，直接建立映射关系，进程访问的仍然是自己的内存空间，但是数据是来自于内核的。

 

基于IO模型实现的web架构：

（1）单进程模型

假如一次来5个请求，每个请求都产生一个网络IO，第一个用户请求进来，web通过io调用返回给用户，直到用户响应结束后第二个用户才能被处理。单进程模型是最简单的模型也可以理解为单线程阻塞模型

（2）多进程模型

每个用户请求到达主进程，请求到达之后 ，发现请求的是当前主机，这是则派发一个子进程来响应请求，以此类推，主进程只接受用户请求并为其派发子进程，而prefork机制是根据select函数来调用的

（进程次数切换过多的结果就是把大量的CPU资源都耗费在内核模式上，而且是白白浪费）

（3）worker模型

首先生成主进程来监听端口，从而生成多个工作子进程，每个子进程会生成多个线程来工作，请求到来时，主进程会负责从工作子进程中招一个线程来响应请求。

（4）prefork模型，上面提到了哦

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