Windows I/O模型、同步/异步、阻塞/非阻塞

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Windows I/O模型、同步/异步、阻塞/非阻塞

杨粼波 2017-10-09 16:58:00 浏览1470
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同步

异步
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后,调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后,通过状态、通知和回调来通知调用者。以 CAsycSocket类为例(注意,CSocket从CAsyncSocket派生,但是起功能已经由异步转化为同步),当一个客户端通过调用 Connect函数发出一个连接请求后,调用者线程立刻可以朝下运行。当连接真正建立起来以后,socket底层会发送一个消息通知该对象。这里提到执行 部件和调用者通过三种途径返回结果:状态、通知和回调。可以使用哪一种依赖于执行部件的实现,除非执行部件提供多种选择,否则不受调用者控制。如果执行部 件用状态来通知,那么调用者就需要每隔一定时间检查一次,效率就很低(有些初学多线程编程的人,总喜欢用一个循环去检查某个变量的值,这其实是一种很严重 的错误)。如果是使用通知的方式,效率则很高,因为执行部件几乎不需要做额外的操作。至于回调函数,其实和通知没太多区别。

阻塞

阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来,实际上他是不同的。对于同 步调用来说,很多时候当前线程还是激活的,只是从逻辑上当前函数没有返回而已。例如,我们在CSocket中调用Receive函数,如果缓冲区中没有数 据,这个函数就会一直等待,直到有数据才返回。而此时,当前线程还会继续处理各种各样的消息。如果主窗口和调用函数在同一个线程中,除非你在特殊的界面操 作函数中调用,其实主界面还是应该可以刷新。socket接收数据的另外一个函数recv则是一个阻塞调用的例子。当socket工作在阻塞模式的时候, 如果没有数据的情况下调用该函数,则当前线程就会被挂起,直到有数据为止。

非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相对应,指在不能立刻得到结果之前,该函数不会阻塞当前线程,而会立刻返回。

  对象的阻塞模式和阻塞函数调用
对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性,但是并不是一一对应的。阻塞对象上可以有非阻塞的调用方式,我们可以通过一定的API去轮询状 态,在适当的时候调用阻塞函数,就可以避免阻塞。而对于非阻塞对象,调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数select就是这样的一个例子。


在Winsock中实现异步的方法有很多,Winsock的IO模型有下面六种
    一:select模型
    二:WSAAsyncSelect模型
    三:WSAEventSelect模型
    四:Overlapped I/O 事件通知模型
    五:Overlapped I/O 完成例程模型
    六:IOCP模型

从一到六越来越高级,越来越高效,实现越来越复杂。


曾在网上看到一些比喻用来很好的说明这些模型,在这里引用一下。
老陈有一个在外地工作的女儿,不能经常回来,老陈和她通过信件联系。他们的信会被邮递员投递到他们的信箱里。
一:select模型

老陈非常想看到女儿的信。以至于他每隔10分钟就下楼检查信箱,看是否有女儿的信~~~~~
在这种情况下,“下楼检查信箱”然后回到楼上耽误了老陈太多的时间,以至于老陈无法做其他工作。

二:WSAAsyncSelect模型

后来,老陈使用了微软公司的新式信箱。这种信箱非常先进,一旦信箱里有新的信件,盖茨就会给老陈打电话:喂,大爷,你有新的信件了!从此,老陈再也不必频繁上下楼检查信箱了,牙也不疼了,你瞅准了,蓝天......不是,微软~~~~~~~~

三:WSAEventSelect模型

后来,微软的信箱非常畅销,购买微软信箱的人以百万计数......以至于盖茨每天24小时给客户打电话,累得腰酸背痛,喝蚁力神都不好使~~~~~~
微软改进了他们的信箱:在客户的家中添加一个附加装置,这个装置会监视客户的信箱,每当新的信件来临,此装置会发出“新信件到达”声,提醒老陈去收信。盖茨终于可以睡觉了。

四:Overlapped I/O 事件通知模型

后来,微软通过调查发现,老陈不喜欢上下楼收发信件,因为上下楼其实很浪费时间。于是微软再次改进他们的信箱。新式的信箱采用了更为先进的技术,只要用户告诉微软自己的家在几楼几号,新式信箱会把信件直接传送到用户的家中,然后告诉用户,你的信件已经放到你的家中了!老陈很高兴,因为他不必再亲自收发信件了!

五:Overlapped I/O 完成例程模型

老陈接收到新的信件后,一般的程序是:打开信封----掏出信纸----阅读信件----回复信件......为了进一步减轻用户负担,微软又开发了一种新的技术:用户只要告诉微软对信件的操作步骤,微软信箱将按照这些步骤去处理信件,不再需要用户亲自拆信/阅读/回复了!老陈终于过上了小资生活!

六:IOCP模型

微软信箱似乎很完美,老陈也很满意。但是在一些大公司情况却完全不同!这些大公司有数以万计的信箱,每秒钟都有数以百计的信件需要处理,以至于微软信箱经常因超负荷运转而崩溃!需要重新启动!微软不得不使出杀手锏......
微软给每个大公司派了一名名叫“Completion Port”的超级机器人,让这个机器人去处理那些信件!


其实,上面每种模型都有优点,要根据程序需求而适当选择合适的模型,前面三种模型效率已经比较高,实现起来难道不大,很多一般的网络程序都采用前三种模型,只有对网络要求特别高的一些服务器才会考虑用后面的那些模型。MFC中的CAsyncSocket类就是用的WSAAsyncSelect模型,电驴中也是用的这种,不过在寻找对应socket的时候进行了优化,查找更快,在GridCast中采用的是WSAEventSelect模型,等待。

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