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Windows I/O模型、同步/異步、阻塞/非阻塞

同步
  所謂同步,就是在發出一個功能調用時,在沒有得到結果之前,該調用就不返回。按照這個定義,其實絕大多數函數都是同步調用(例如sin, isdigit等)。但是一般而言,我們在說同步、異步的時候,特指那些需要其他部件協作或者需要一定時間完成的任務。最常見的例子就是 SendMessage。該函數發送一個消息給某個窗口,在對方處理完消息之前,這個函數不返回。當對方處理完畢以后,該函數才把消息處理函數所返回的 LRESULT值返回給調用者。

異步
  異步的概念和同步相對。當一個異步過程調用發出后,調用者不能立刻得到結果。實際處理這個調用的部件在完成后,通過狀態、通知和回調來通知調用者。以 CAsycSocket類為例(注意,CSocket從CAsyncSocket派生,但是起功能已經由異步轉化為同步),當一個客戶端通過調用 Connect函數發出一個連接請求后,調用者線程立刻可以朝下運行。當連接真正建立起來以后,socket底層會發送一個消息通知該對象。這里提到執行 部件和調用者通過三種途徑返回結果:狀態、通知和回調。可以使用哪一種依賴于執行部件的實現,除非執行部件提供多種選擇,否則不受調用者控制。如果執行部 件用狀態來通知,那么調用者就需要每隔一定時間檢查一次,效率就很低(有些初學多線程編程的人,總喜歡用一個循環去檢查某個變量的值,這其實是一種很嚴重 的錯誤)。如果是使用通知的方式,效率則很高,因為執行部件幾乎不需要做額外的操作。至于回調函數,其實和通知沒太多區別。

阻塞

  阻塞調用是指調用結果返回之前,當前線程會被掛起。函數只有在得到結果之后才會返回。有人也許會把阻塞調用和同步調用等同起來,實際上他是不同的。對于同 步調用來說,很多時候當前線程還是激活的,只是從邏輯上當前函數沒有返回而已。例如,我們在CSocket中調用Receive函數,如果緩沖區中沒有數 據,這個函數就會一直等待,直到有數據才返回。而此時,當前線程還會繼續處理各種各樣的消息。如果主窗口和調用函數在同一個線程中,除非你在特殊的界面操 作函數中調用,其實主界面還是應該可以刷新。socket接收數據的另外一個函數recv則是一個阻塞調用的例子。當socket工作在阻塞模式的時候, 如果沒有數據的情況下調用該函數,則當前線程就會被掛起,直到有數據為止。

非阻塞
  非阻塞和阻塞的概念相對應,指在不能立刻得到結果之前,該函數不會阻塞當前線程,而會立刻返回。

  對象的阻塞模式和阻塞函數調用
  對象是否處于阻塞模式和函數是不是阻塞調用有很強的相關性,但是并不是一一對應的。阻塞對象上可以有非阻塞的調用方式,我們可以通過一定的API去輪詢狀 態,在適當的時候調用阻塞函數,就可以避免阻塞。而對于非阻塞對象,調用特殊的函數也可以進入阻塞調用。函數select就是這樣的一個例子。


在Winsock中實現異步的方法有很多,Winsock的IO模型有下面六種
    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

從一到六越來越高級,越來越高效,實現越來越復雜。


曾在網上看到一些比喻用來很好的說明這些模型,在這里引用一下。
老陳有一個在外地工作的女兒,不能經常回來,老陳和她通過信件聯系。他們的信會被郵遞員投遞到他們的信箱里。
一:select模型

老陳非常想看到女兒的信。以至于他每隔10分鐘就下樓檢查信箱,看是否有女兒的信~~~~~
在這種情況下,“下樓檢查信箱”然后回到樓上耽誤了老陳太多的時間,以至于老陳無法做其他工作。

二:WSAAsyncSelect模型

后來,老陳使用了微軟公司的新式信箱。這種信箱非常先進,一旦信箱里有新的信件,蓋茨就會給老陳打電話:喂,大爺,你有新的信件了!從此,老陳再也不必頻繁上下樓檢查信箱了,牙也不疼了,你瞅準了,藍天......不是,微軟~~~~~~~~

三:WSAEventSelect模型

后來,微軟的信箱非常暢銷,購買微軟信箱的人以百萬計數......以至于蓋茨每天24小時給客戶打電話,累得腰酸背痛,喝蟻力神都不好使~~~~~~
微軟改進了他們的信箱:在客戶的家中添加一個附加裝置,這個裝置會監視客戶的信箱,每當新的信件來臨,此裝置會發出“新信件到達”聲,提醒老陳去收信。蓋茨終于可以睡覺了。

四:Overlapped I/O 事件通知模型

后來,微軟通過調查發現,老陳不喜歡上下樓收發信件,因為上下樓其實很浪費時間。于是微軟再次改進他們的信箱。新式的信箱采用了更為先進的技術,只要用戶告訴微軟自己的家在幾樓幾號,新式信箱會把信件直接傳送到用戶的家中,然后告訴用戶,你的信件已經放到你的家中了!老陳很高興,因為他不必再親自收發信件了!

五:Overlapped I/O 完成例程模型

老陳接收到新的信件后,一般的程序是:打開信封----掏出信紙----閱讀信件----回復信件......為了進一步減輕用戶負擔,微軟又開發了一種新的技術:用戶只要告訴微軟對信件的操作步驟,微軟信箱將按照這些步驟去處理信件,不再需要用戶親自拆信/閱讀/回復了!老陳終于過上了小資生活!

六:IOCP模型

微軟信箱似乎很完美,老陳也很滿意。但是在一些大公司情況卻完全不同!這些大公司有數以萬計的信箱,每秒鐘都有數以百計的信件需要處理,以至于微軟信箱經常因超負荷運轉而崩潰!需要重新啟動!微軟不得不使出殺手锏......
微軟給每個大公司派了一名名叫“Completion Port”的超級機器人,讓這個機器人去處理那些信件!


其實,上面每種模型都有優點,要根據程序需求而適當選擇合適的模型,前面三種模型效率已經比較高,實現起來難道不大,很多一般的網絡程序都采用前三種模型,只有對網絡要求特別高的一些服務器才會考慮用后面的那些模型。MFC中的CAsyncSocket類就是用的WSAAsyncSelect模型,電驢中也是用的這種,不過在尋找對應socket的時候進行了優化,查找更快,在GridCast中采用的是WSAEventSelect模型,等待。

posted on 2006-04-20 17:25 楊粼波 閱讀(2321) 評論(0)  編輯 收藏 引用 所屬分類: 網絡編程

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