Linux下的五种IO模型详细介绍：用户空间、内核空间、进程切换、进程阻塞和文件描述符

Linux 下的五种 IO 模型详细介绍 Linux 操作系统中有五种 IO 模型，分别是阻塞 IO、非阻塞 IO、IO 多路复用、信号驱动 IO 和异步 IO。每种模型都有其特点和应用场景，本文将对这五种 IO 模型进行详细介绍。 一、阻塞 IO 模型 阻塞 IO 模型是最基本的 IO 模型。在这种模型中，进程发起 IO 请求后，会一直等待直到 IO 操作完成。这种模型的缺点是浪费 CPU 资源，因为进程在等待 IO 操作完成时不能执行其他任务。 在 Linux 中，阻塞 IO 模型是默认的 IO 模型。例如，当我们使用 read() 函数读取文件时，如果文件尚未准备好，read() 函数将阻塞直到文件准备好。 二、非阻塞 IO 模型 非阻塞 IO 模型是对阻塞 IO 模型的改进。在这种模型中，进程发起 IO 请求后，不会等待 IO 操作完成，而是立即返回。如果 IO 操作尚未完成，进程可以继续执行其他任务。 在 Linux 中，我们可以使用 fcntl() 函数来将文件描述符设置为非阻塞模式。例如，我们可以使用以下代码来设置文件描述符为非阻塞模式： ```c int fd = open("example.txt", O_RDONLY); fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK); ``` 三、IO 多路复用模型 IO 多路复用模型是对非阻塞 IO 模型的改进。在这种模型中，进程可以监视多个文件描述符，并在这些文件描述符中的任何一个准备好时执行相应的操作。 在 Linux 中，我们可以使用 select() 函数或 poll() 函数来实现 IO 多路复用模型。例如，我们可以使用以下代码来监视多个文件描述符： ```c fd_set rfds; FD_ZERO(&rfds); FD_SET(fd1, &rfds); FD_SET(fd2, &rfds); select(fd1 + 1, &rfds, NULL, NULL, NULL); ``` 四、信号驱动 IO 模型 信号驱动 IO 模型是对 IO 多路复用模型的改进。在这种模型中，进程可以请求内核在 IO 操作完成时发送信号。 在 Linux 中，我们可以使用 sigaction() 函数来请求信号。在信号处理函数中，我们可以执行相应的操作。例如，我们可以使用以下代码来请求信号： ```c struct sigaction sa; sa.sa_handler = &sig_io; sigaction(SIGIO, &sa, NULL); ``` 五、异步 IO 模型 异步 IO 模型是最高级的 IO 模型。在这种模型中，进程可以发起 IO 请求，并在 IO 操作完成时执行相应的操作。 在 Linux 中，我们可以使用 aio_read() 函数或 aio_write() 函数来实现异步 IO 模型。例如，我们可以使用以下代码来发起异步读取操作： ```c struct aiocb cb; aio_read(&cb); ``` Linux 下的五种 IO 模型各有其特点和应用场景。选择哪种模型取决于具体的应用场景和性能要求。