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同步、异步、阻塞、非阻塞之间联系与区别

对于文件操作来说,不可避免会听到这几个词,但是他们之间有什么关系,没找到一个有说服力的说法。网上搜的资料、人工智能、自己的理解综合来说一下这个问题。

程序员自己开发的程序目前大部分是运行在linux上,linux区分用户态和内核态,程序运行在用户态上,通过发送系统调用,内核接收到这个命令后会调用一些硬件来执行自己想要的。

同步异步

是指运行在用户态程序调用操作系统io函数的方式

调用方式调用函数
同步open()、write()、socket()
异步io_uring()、aio_read()

阻塞非阻塞

是指操作系统执行io操作的方式

其中,在 Linux 中,open() 函数用于打开或创建一个文件,其函数原型如下:

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);


flags:指定文件的打开方式(如只读、只写、读写等)以及一些额外的行为标志。

其中,没有特殊指定,默认是同步调用,如果flags指定了O_NONBLOCK,则是非阻塞调用。

默认文件描述符中该参数是同步调用。

read()函数执行后,阻塞调用和非阻塞调用区别如下

阻塞调用的情况

  1. 如果数据尚未准备好(比如还在磁盘或网络传输中),​内核会让调用线程进入等待状态(挂起)​,线程被移出调度队列,直到数据到达。
  2. 数据到达后,内核唤醒线程,将数据拷贝到用户空间,然后返回。
  3. ​在整个过程中,用户线程是被阻塞的,无法做其他事情。

阻塞,即调用方需要一直等待io操作完成

非阻塞调用的情况

  1. 如果数据尚未准备好,​内核不会让调用线程挂起,而是立即返回一个错误码(如 EWOULDBLOCK 或 EAGAIN)​,表示“现在无法完成操作”。
  2. 用户程序收到这个返回值后,可以选择做其他事情,稍后再尝试调用 read()。
  3. 用户程序需要主动地、不断地轮询内核,直到 read() 返回成功(数据已准备好)。

 非阻塞,即调用方无需一直等待io操作完成,在等待的时间里去做别的事。通过事件通知或者回调函数来实现。

组合的情况

阻塞非阻塞
同步同步阻塞(最常见)同步非阻塞(轮询/io多路复用技术)
异步不存在异步非阻塞(真正异步io)

同步阻塞

感觉像是全流程一个人在处理,因为全流程是阻塞的。

同步非阻塞

全流程分为了两个部分,类似领导(调用函数)和干活的(io操作方式),领导会时不时去看看干活的是否干完了。

异步非阻塞

在同步非阻塞的基础上,干活的(io操作方式)干完后会发通知领导(调用函数),领导也会通知自己的领导。

总结

同步和异步是调用完成后通知方式的区别,同步调用无人通知,需要自己返回,异步会在任务完成后通知(io_uring()、aio_read())。

阻塞和非阻塞就是操作系统执行io操作的区别,非阻塞分为调用方主动轮询和io多路复用技术两种,轮询会耗cpu资源,事件通知或者回调函数不会。

同步阻塞编程简单,同步非阻塞稍微复杂,需要处理轮询操作,异步非阻塞最复杂,需要处理事件通知或者回调函数如何处理的事。

http://www.xdnf.cn/news/15217.html

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